絶縁性薄膜、絶縁性薄膜の形成用溶液、絶縁性薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置
【課題】低温で塗布形成可能で高い絶縁性と誘電率を有し、かつ表面処理可能な絶縁性薄膜の形成用溶液、それを用いて形成した絶縁性薄膜、絶縁性薄膜をゲート絶縁層として用いることで優れた性能を有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極間に形成された半導体と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【解決手段】基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極間に形成された半導体と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性薄膜、絶縁性薄膜の形成用溶液、絶縁性薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。特に、高い絶縁性と誘電率を有する絶縁性薄膜、絶縁性薄膜の形成用溶液、絶縁性薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般に普及している液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及び電気泳動型ディスプレイ等の表示装置の多くは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を表示スイッチングデバイスとしたアクティブマトリックス型の駆動装置を利用している。このような表示スイッチとしてのＴＦＴには、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極−ドレイン電極、ソース電極−ドレイン電極間に配置された半導体からなる電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が利用されている。ＦＥＴの駆動原理は、ゲート電極に電圧を印加することにより半導体中の電子またはホールからなるチャージキャリア量をコントロールし、ソース電極−ドレイン電極間のチャージ移動、すなわち電流を制御するもので、このような作用によりスイッチの役割を果たしている。
【０００３】
以上のようなＴＦＴアレイの半導体には、従来、アモルファスもしくは多結晶の薄膜シリコンを半導体として利用したものが使われているが、一般的に、薄膜シリコンＴＦＴの電極や半導体、絶縁層等の各層は真空プロセス及び３００℃以上の高温プロセスが必要で、更にパターニングにはフォトリソグラフィ法を用いるなど、比較的煩雑で高コストなプロセスにより形成されている。
【０００４】
これに対して近年では、電極材料には溶液分散型ナノ金属粒子、半導体には有機半導体、絶縁材料には有機高分子等の溶媒に可溶または分散可能な材料を用いることが提案され、インクジェット、スピンコートやフレキソ印刷等の塗布方式を用いた方法が数多く報告されるようになり、これによってプロセスの低温化、高速化、低コスト化が実現可能となってきた。
【０００５】
溶媒に可溶または分散可能な塗布型材料を用いたゲート絶縁層の形成には、従来より有機高分子材料や、有機金属化合物を用いた有機無機ハイブリッド材料（特許文献１〜４参照）、金属酸化物微粒子を混合したコンポジット材料（特許文献５、非特許文献１、２参照）等が検討され、塗布形成することでＦＥＴのゲート絶縁層材料として利用可能であることが実証されてきた。有機高分子材料から得られたゲート絶縁層は十分な絶縁性を示すが、通常２．５から３．８程度の低い比誘電率を示すことから、ＦＥＴ特性が不十分であることが多く、誘電率の高い材料が求められていた。そのような中で、有機無機ハイブリッド材料や有機無機コンポジット材料は、高い誘電率を示す金属酸化物材料を添加することで有機材料のみでは得られない高い誘電率を得ることが可能であるため、その利用が種々検討されている。
【０００６】
しかしながら、有機金属化合物を利用する有機無機ハイブリッド材料は、酸やアルカリを用いた加水分解過程を経た後、塗布することで薄膜を形成するため、膜中に残留した酸やアルカリの影響で十分な絶縁性が得られず、高いリーク電流が発生するなど新たな問題が生じた。また、有機無機コンポジット材料は、微粒子を添加するため、膜中における微粒子の分散ばらつきや微粒子の形状から生じる表面凹凸によって、ＦＥＴ特性は再現性に乏しいものとなった。
【０００７】
また、従来技術の有機無機ハイブリッド材料や有機無機コンポジット材料は、シリコン酸化物を用いることで材料特性の安定化を図っているが、安定性を獲得する代わりに反応性に乏しいため比較的高温焼成を必要とし、さらに薄膜形成後には絶縁性薄膜の表面処理などの後処理に対する耐性が強いため、強い処理工程により表面形状や化学的性質に変化が生じることで、ＦＥＴ特性の劣化が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１２０３７１号公報
【特許文献２】特開２００６−０７００２９号公報
【特許文献３】特開２００８−１４７４１０号公報
【特許文献４】特開２００８−１６６７６４号公報
【特許文献５】特開２００４−０５５６４９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ． Ａｍ．Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２７，１４６５５ （２００５）．
【非特許文献２】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８５， ３２９５ （２００４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低温で塗布形成可能で高い絶縁性と誘電率を有し、かつ表面処理可能な絶縁性薄膜の形成用溶液、それを用いて形成した絶縁性薄膜、絶縁性薄膜をゲート絶縁層として用いることで優れた性能を有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置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】
【００１１】
本発明の請求項１に係る発明は、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子と、を含むことを特徴とする絶縁性薄膜としたものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、金属原子と高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、炭素原子の含有数が金属原子に対して５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、比誘電率が３．９以上６．０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１６】
本発明の請求項６に係る発明は、絶縁性薄膜の一方の面に自己組織化単分子膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１７】
本発明の請求項７に係る発明は、絶縁性薄膜上の自己組織化単分子膜の被覆率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１８】
本発明の請求項８に係る発明は、自己組織化単分子膜がシラン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１９】
本発明の請求項９に係る発明は、基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極間に形成された半導体と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２０】
本発明の請求項１０に係る発明は、基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された半導体と、半導体の間に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２１】
本発明の請求項１１に係る発明は、ゲート絶縁膜の一方の面に形成された自己組織化単分子膜と、を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２２】
本発明の請求項１２に係る発明は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液であり、有機金属化合物の金属原子が、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれることを特徴とする絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２３】
本発明の請求項１３に係る発明は、金属原子と高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２４】
本発明の請求項１４に係る発明は、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２５】
本発明の請求項１５に係る発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の絶縁性薄膜の形成用溶液を基板上に塗布し、絶縁性薄膜の形成用溶液を乾燥し、絶縁性薄膜の形成用溶液を焼成することを特徴とする絶縁性薄膜の製造方法としたものである。
【００２６】
本発明の請求項１６に係る発明は、基板を準備し、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に離間してソース電極及びドレイン電極を形成し、ソース電極及びドレイン電極間に半導体を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２７】
本発明の請求項１７に係る発明は、基板を準備し、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に半導体を形成し、半導体の間にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２８】
本発明の請求項１８に係る発明は、ゲート絶縁層を形成する工程は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液をゲート電極上に塗布する工程と、塗膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２９】
本発明の請求項１９に係る発明は、ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００３０】
本発明の請求項２０に係る発明は、ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程の前に、絶縁性薄膜に表面処理を施して、該絶縁性薄膜表面にヒドロキシル基を表出させる工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００３１】
本発明の請求項２１に係る発明は、請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置としたものである。
【００３２】
本発明の請求項２２に係る発明は、画像表示装置が液晶表示装置、有機ＥＬ及び電子ペーパのいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の画像表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、低温で塗布形成可能で高い絶縁性と誘電率を有し、かつ表面処理可能な絶縁性薄膜の形成用溶液、それを用いて形成した絶縁性薄膜、絶縁性薄膜をゲート絶縁層として用いることで優れた性能を有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法、並びに電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の化学的構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る画像表示装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、高分子と、金属原子、及び有機分子からなる絶縁性薄膜であり、高分子と金属原子は酸素原子を介して結合を有し、有機分子と金属原子は酸素原子または窒素原子を介して結合を有することを特徴としている。図１に金属原子が酸素原子を介して高分子と結合した本発明の絶縁性薄膜の一実施形態の化学的構造の模式図を示した。Ｍは金属原子であり、Ｒは有機分子を表す。図１のように本発明の絶縁性薄膜は、高分子が酸素又は窒素原子を介して金属原子と結合することにより、架橋されている。
【００３７】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる金属原子は、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫から選ばれる金属であり、シリコン原子を含まないことを特徴とする。以上の金属の化合物を高分子及び有機分子と反応させることによって、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を形成する。具体的な金属化合物としては、アルコキシド化合物、ハロゲン化化合物、アルキル化化合物、シクロペンタジエニル化合物、アミノ化合物、アセチルアセトナート化合物、イソシアネ−ト化合物等を用いることができる。より具体的には、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、チタンテトラキスアセチルアセトナート、塩化チタン、チタンジオクチロキシビス（オクチレングリコレート）、チタンジイソプロポキシビス（トリエタノールアミネート）、チタンラクテート、テトラプロピルジルコネート、テトラブチルジルコネート、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、塩化ジルコニア、オクタン酸ジルコニウム、テトラキスジメチルアミノジルコニウム、テトラプロピルハフネート、テトラブチルハフネート、ハフニウムテトラキスアセチルアセトナート、塩化ハフニウム、ペンタエチルニオベート、ペンタブトキシニオベート、塩化ニオブ、ペンタエチルタンタレート、ペンタブチルタンタレート、塩化タンタル、塩化モリブデン、塩化亜鉛、しゅう酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、塩化アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリスアセチルアセトナート、インジウムトリスアセチルアセトナート、塩化インジウム、塩化錫、塩化ブチル錫、等があげられるがこの限りではない。
【００３８】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜で用いる高分子は、絶縁性薄膜の内部において酸素結合を介して金属原子と結合を有している。高分子と金属原子が結合を有することで、金属原子添加による誘電率の向上のみならず、高分子材料間を架橋し絶縁性薄膜の膜構造を安定化させ、更には遊離した極性置換基の数を最小限に留めることで高い絶縁性を得ることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる高分子は、上記した金属化合物等と反応し、酸素原子を介して結合を有する高分子を選択する必要がある。例えばヒドロキシル基やアルコール基、カルボキシル基、エポキシ基、あるいはそれらの置換基に変換可能な前駆体となりうる官能基を有する高分子化合物が望ましい。すなわち、当該高分子のモノマー単位に例示したような官能基が各単位、一定間隔あるいはランダムに含まれることが望ましい。具体的な高分子材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、アセチルセルロース、エポキシ樹脂、ヒドロキシアルキルアクリレート等を用いたアクリル樹脂あるいはブロック共重合体、アクリルポリオール樹脂、エステルポリオール樹脂、等が挙げられるがこの限りではない。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜で用いる有機分子は、絶縁性薄膜の内部において酸素原子または窒素原子を介して金属原子と結合を有している。有機分子が金属原子と結合を有するのは、架橋による絶縁性薄膜の膜構造安定化と、高い絶縁性を得るためであり、更には、反応性の高い金属化合物に安定性を付与する効果と、これらの混合によって得られた絶縁性薄膜の形成用材料に溶解性を付与することで絶縁性薄膜の形成用溶液を提供することにある。以上により、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液は、簡易な塗布あるいは印刷工程により絶縁性薄膜を形成できる。
【００４１】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる有機分子は、上記金属化合物と反応して、酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子を選択する必要がある。また、有機分子の反応性置換基は、前記高分子と結合を有することがより好ましい。例えば、ヒドロキシル基やアルコール基、アルデヒド基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基、イソシアノ基、イミノ基、アクリル基、エステル基、スルホン酸基、あるいはそれらの置換基に変換可能な前駆体となりうる官能基を有する有機分子が望ましい。より具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、グルコース、尿素、グアニジン、フェノール、クレゾール、カテコール、カテコールアミン、メラミン、ヒドロキシエチルアクリレート、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、あるいはこれらの類似化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【００４２】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液は、上記金属原子から少なくとも一種選択し、金属原子に対応する金属化合物を溶媒中に溶解し、更に、上記した高分子、及び有機分子を適宜選択した上でそれぞれ同溶媒、あるいは別種の溶媒に溶解した上で、適宜条件を勘案した後に混合することで得ることができる。図２に本発明の絶縁性薄膜の形成用溶液の模式図を示した。金属化合物のみの場合、金属化合物の反応性が早く、常温でも重合が進むことから、高分子の架橋に用いる際に一定量を超えると、凝集し、溶媒中で沈殿してしまう。そこで金属化合物の一部に有機分子を結合しておくことにより、溶解性を制御することができ、安定した溶液となる。金属原子と高分子の単量体の含有比は１：１以上１：５以下であることが好ましく、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることが好ましい。この時、絶縁性薄膜中の炭素原子の含有数が金属原子に対して５倍以上であり、絶縁性薄膜中の元素組成比はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）等の元素分析手法より求めることができる。金属原子の混入量が高分子や有機分子に対して多すぎる場合、金属化合物の反応性の速さから、非常に早い硬化が起こってしまい溶解性が得られなくなってしまう他、絶縁性も低くなってしまう傾向にある。また、金属原子の混入量が高分子や有機分子に対して少なすぎる場合、金属化合物の添加の効果が得られず、誘電率が向上しなくなってしまう。金属化合物、高分子及び有機分子の最終的な混合物は全て溶液中に溶解していることが好ましく、不溶物が発生した場合はＰＴＦＥフィルタ等でろ過することにより除去することが好ましい。金属化合物、高分子、及び有機分子を溶解させる溶媒は、それぞれの物性に合わせて急な反応促進の無いように適宜選択する必要があり、水、アルコール、有機溶媒等を用いることができる。より具体的には、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ノルマルブタノール、ノルマルペンタノール、ノルマルヘキサノール、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、アニソール、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、テトラヒドロフラン等が挙げられるがこの限りではない。溶媒は単一の溶媒であってもよいし、複数種を混合してもよい。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、上述した絶縁性薄膜の形成用溶液を塗布、あるいは印刷し、乾燥または焼成することにより形成することができる。具体的な形成方法としては、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。焼成温度は、用いた溶媒がほぼ完全に蒸発し、得られた薄膜が再溶解せず、また基板への十分な密着性を得ることを満たすように適宜選択し、耐熱性の基板を用いている場合は６０℃から２５０℃の間、フィルム基板等の耐熱性の低い基板を用いている場合は、６０℃から２００℃程度で選択することが好ましい。また乾燥及び焼成に当たっては、真空下で行ってもよい。
【００４４】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、表面に自己組織化単分子膜が形成されていてもよい。自己組織化単分子膜を形成する化合物として、末端に（モノ、ジ、トリ）アルコキシシラン基、（モノ、ジ、トリ）クロロシラン基、ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、アミノ基、ハライド基、カルボン酸、ヒドロキシル基、チオール基、ジスルフィド基、アジ基、アセチレン基、ビニル基、ニトロ基、シアノ基等の官能基を有し、分子内にアルキル基、フェニル基、フェノキシ基、チオフェン環、ピロール環、ピリジン環、フルオレン環、エーテル、エチレン基、アセチレン基の少なくともいずれか一つを含む炭素数２以上の置換基を有するものが挙げられる。主骨格は、好ましくは分岐しておらず、例えば直鎖状のノルマルアルキル（ｎ−アルキル）基や、フェニル基が三個直列に配置されたｔｅｒ−フェニル基や、フェニル基のパラ位の両側にｎ−アルキル基が配置されたような構造が良い。また、アルキル鎖の中にエーテル結合を含めても良いし、炭素−炭素の二重結合や三重結合を含めても良い。自己組織化単分子膜は分子の一方の反応性置換基が、対応する基材表面の反応性部位と相互作用、あるいは反応し、結合を形成することにより、基材上に単分子層を形成するものである。分子がより緻密に充填されることにより、自己組織化単分子膜の表面は、より平滑で均質な表面を与えることから、分子の主骨格は直線状であり、分子長が揃っていることが望ましい。以上のことから自己組織化単分子膜の被覆率は９０％以上であることが好ましい。
【００４５】
自己組織化単分子膜３１を形成する前に、ゲート絶縁層３０表面にコロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良い。本発明の絶縁性薄膜の表面にこのような表面処理を施すことにより、酸素と金属原子との結合が一部切断してヒドロキシル基を表出させることができる。このため、ゲート絶縁膜（絶縁性薄膜）上に従来よりも緻密な自己組織化膜を形成することが可能となる。
【００４６】
自己組織化単分子膜３１の形成方法は、自己組織化単分子を形成する化合物を真空下で対応する基板に蒸着する方法、化合物の溶液中に基板を浸漬する方法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法などを用いることができるが、これらに限るものではない。しかしながら、例えば、化合物がより緻密で確実に自己組織化単分子膜３１のみを得る方法として、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９， １１５９ （２００３）．及びＪ． Ｐｈｙｓ． Ｃｈｅｍ． Ｂ １１０， ２１１０１ （２００６）．に記載の方法を用いることがより好ましい。
【００４７】
本発明の実施の形態において、上述した絶縁性薄膜の比誘電率は３．９以上６．０以下であることが好ましい。絶縁性薄膜の比誘電率が３．９以上６．０以下の範囲だと、リーク電流が発生せず、後述する絶縁性薄膜を電界効果型トランジスタに用いた場合に良好な特性を得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０に用いた際の詳細を説明する。
【００４９】
図３乃至図６は、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００を示す概略断面図である。図３の電界効果型トランジスタ１００は、半導体６０をソース電極４０及びドレイン電極５０が挟んだ構造であり、図４の電界効果型トランジスタ１００は、半導体６０上にパターニングしたソース電極４０、ドレイン電極５０を離間した構造であり、図５の電界効果型トランジスタ１００は、ゲート絶縁膜３０と半導体６０の間に自己組織化単分子膜３１、自己組織化単分子膜３１と半導体６０をソース電極４０及びドレイン電極５０が挟んだ構造であり、図６の電界効果型トランジスタ１００は、ゲート絶縁膜３０上に自己組織化単分子膜３１、自己組織化単分子膜３１上に半導体６０、半導体６０上にパターニングしたソース電極４０、ドレイン電極５０を離間した構造である。
【００５０】
図３乃至図６に示すように、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、基板１０、ゲート電極２０、ゲート絶縁膜３０、ソース電極４０、ドレイン電極５０及び半導体６０を有し、さらに、ゲート絶縁膜３０と半導体６０との間に自己組織化単分子膜３１を有している。
【００５１】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の基板１０としては、表面に絶縁性がありシート状で、表面が平坦であれば何でも用いることができ、例えば、ソーダライムガラス、石英ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリルレートなどを使用することができる。また、ステンレスシート、アルミ箔、銅箔、シリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の基材であっても、表面に絶縁性、例えば高分子材料あるいは金属酸化物などを塗布または蒸着することにより用いることができる。更に、上述した基板１０は表面に易接着層等の表面処理層を形成しても良いし、コロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良い。
【００５２】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート電極２０、ソース電極４０、及びドレイン電極５０としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属をＰＶＤ法やＣＶＤ法、めっき等の方法で成膜した後にフォトリソグラフィ法などを用いて形成できる。また、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等、透明導電性材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリチオフェン等、有機導電性材料等を用いることもできるが、これらを用いた時に比較的高い配線抵抗を有する場合は金属バス電極を用いて抵抗の軽減を図ることがより好ましい。また、以上の金属、透明酸化物、有機導電性高分子等の導電性材料あるいはそれらの前駆体を、溶液、ペースト、ナノ粒子分散液等に加工した後、印刷法で塗工し、乾燥、焼成、光硬化あるいはエージング等によって形成することもできる。用いられる印刷方法は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ等のパターニング可能な印刷方法を用いることが工程の簡略化、低コスト化、高速化を達成できることから、より好ましい。また、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコート等とフォトリソグラフィ等のパターニング手法を組み合わせても良い。さらに、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００５３】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０としては、上述した本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を用いることができ、形成方法は上述した通りである。また、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜と有機高分子化合物を積層して用いても良い。積層に用いる材料は、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ブタジエンゴム等の有機高分子化合物、またはこれらの混合物、またはアルコキシシラン基やビニル基、アクリル酸エステル、エポキシ基など反応性置換基を有する化合物との混合物を用いることができ、更には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の酸化物、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、酸窒化物なども用いることができるが、十分な絶縁性を有し、膜厚１μｍ以下の薄膜を形成可能であればこれらに限定されるものではない。
【００５４】
これら有機高分子化合物の形成方法としては、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。また、無機酸化物、酸窒化物等の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング、ＣＶＤなどの真空成膜法を用いることができ、また成膜中に任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃などを併用してもよい。また、それぞれの金属酸化物に対応する前駆体、具体的には塩化物、臭化物などの金属ハロゲン化物や金属アルコキシド、金属水酸化物等を、アルコールや水中で塩酸、硫酸、硝酸などの酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基と反応させて加水分解することにより形成してもよい。このような溶液系のプロセスを用いる場合、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。以上のゲート絶縁層３０は、コロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良いが、処理による表面粗さが粗くならないように注意する必要がある。ゲート絶縁層３０の表面は比較的平滑でピンホールや突起、起伏が無いことが好ましい。
【００５５】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０は表面に自己組織化単分子膜３１を形成しても良い。自己組織化単分子膜をゲート絶縁層と半導体６０の間に形成することにより、ゲート絶縁層表面の濡れ性や表面エネルギーを制御することができ、特性の優れた電界効果型トランジスタを作製することができる。自己組織化膜の形成方法は、前述の絶縁性薄膜に記載の方法が適用される。本発明のゲート絶縁層においては、半導体６０との界面に緻密な自己組織化膜を形成することができるため、特性の優れた電界効果型トランジスタを作製できる。
【００５６】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の半導体６０としては、半導体性を示すπ共役有機高分子、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類などや、π共役系を持つ低分子物質、例えば、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などを用いることができるがこの限りではない。また、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、カドミウムテルル、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、窒化アルミニウムのような無機半導体、及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）や酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの酸化物半導体を用いても良い。
【００５７】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の半導体６０の形成方法は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、溶液を用いた印刷法等を用いることができるが、生産性、低コスト化等の観点から溶媒に可溶な半導体６０を用いて塗工する方法を用いることがより好ましい。印刷法を用いる場合は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコート等を用いることができ、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００５８】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、さらに保護層、層間絶縁層、上部画素電極を形成して用いても良い。以上、一画素の構造に沿って本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の詳細を説明したが、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、高い絶縁性と誘電率とを有しているため、画素をアレイ状に配列させることにより、画像表示装置の画素点灯装置として用いることができる。保護層や層間絶縁層には、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ブタジエンゴム等の有機高分子化合物、またはこれらの混合物、またはアルコキシシラン基やビニル基、アクリル酸エステル、エポキシ基など反応性置換基を有する化合物との混合物を用いることができ、更には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の酸化物、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、酸窒化物なども用いることができる。
【００５９】
図７に本発明の電界効果型トランジスタを画素点灯装置として用いた画像表示装置の例を示した。本発明の画像表示装置は、上記電界効果型トランジスタを画素ごとに少なくとも一つ配置した電界効果型トランジスタレイとし、画像表示媒体３０３と接続する。画像表示媒体の例としては、電気泳動方式の表示媒体（電子ペーパー）や、液晶表示媒体、有機ＥＬ、無機ＥＬ等が挙げられる。
【００６０】
図７の本発明の画像表示装置の例では、電界効果型トランジスタを形成した基板上に層間絶縁膜３０１が形成され、ソース電極１０５又はドレイン電極１０６と画素電極３０２が接続され、当該画素電極と対向電極３０４で画像表示媒体３０３を挟持する構成となっている。本発明の電界効果型トランジスタは、材料の選択によって透明とすることができるため、対向電極側、電界効果型トランジスタ側のいずれから視認できるようにしても良い。図７の画像表示装置の例では、層間絶縁膜３０１上の全面に画素電極３０２を配置できる。その上に例えば対向電極３０２を形成した電気泳動方式の表示媒体を貼り合わせることにより、画像表示装置を作製することができる。
【００６１】
また本発明の画像表示装置の別の例として、電界効果型トランジスタ上に画素を区画する隔壁を形成し、ソース電極１０５又はドレイン電極１０６から延長された画素電極３０２上に画像表示媒体を形成した構成としても良い。例えば、インクジェット法や印刷法を用いて形成した有機ＥＬを表示媒体として用いることができる。
【実施例１】
【００６２】
以下、具体的な実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は説明を目的としたもので、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルチタネート（（ｎＢｕＯ）４Ｔｉ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、有機分子としてメチロールメラミン２ｇを選択し、それぞれｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール溶媒に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合し、オレンジ色溶液を得た。更に得られたオレンジ色溶液を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタに通すことで、透明なオレンジ色溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００６４】
得られた絶縁性薄膜の形成用溶液の２ｍＬをガラス基板にスピンコートし、９０℃で１０分間乾燥、さらに１２０℃で１時間焼成することにより膜厚８００ｎｍの絶縁性薄膜を得た。
【００６５】
得られた絶縁性薄膜をＸＰＳで分析した。Ａｒイオンビームで１０秒間エッチングすることで絶縁性薄膜の内部を分析した。チタンとＰＶＰのモノマーの含有比は１：５であり、チタンとメチロールメラミンの含有比は１：２であった。またチタン原子と炭素原子の組成比は１：３０であった。
【００６６】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率とを、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は２×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．５で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例２】
【００６７】
実施例１で得られた絶縁性薄膜の表面にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の自己組織化単分子膜３１を形成した。まず、実施例１の絶縁性薄膜をＵＶ／オゾン照射装置を用いて５分間表面処理を行い、表面を親水化した。得られた表面の純水の接触角は５．４°であった。更に表面親水化した絶縁性薄膜をＯＴＳの乾燥トルエン溶液に１晩浸漬することにより、自己組織化単分子膜３１を得た。得られた自己組織化単分子膜３１表面の純水の接触角は１０３°であった。表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したところＯＴＳの被覆率は１００％であった。
【実施例３】
【００６８】
金属化合物としてチタンジイソプロポキシビス（トリエタノールアミネート）８０％溶液１ｇを、高分子としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１ｇを、有機分子として３−アミノ−１，２，４−トリアゾール２ｇを選択し、それぞれ水に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合し、無色溶液を得た。更に得られた無色溶液を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタに通すことで、透明溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００６９】
得られた絶縁性薄膜の形成用溶液の２ｍＬをガラス基板にスピンコートし、９０℃で１０分間乾燥、さらに１５０℃で１時間焼成することにより膜厚１０００ｎｍの絶縁性薄膜を得た。
【００７０】
得られた絶縁性薄膜をＸＰＳで分析した。Ａｒイオンビームで１０秒間エッチングすることで絶縁性薄膜の内部を分析した。チタンとＰＶＡのモノマーの含有比は１：４であり、チタンと−アミノ−１，２，４−トリアゾールの含有比は１：３であった。またチタン原子と炭素原子の組成比は１：２０であった。
【００７１】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率を、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は１×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．８で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例４】
【００７２】
実施例３で得られた絶縁性薄膜の表面にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の自己組織化単分子膜３１を形成した。まず、実施例１の絶縁性薄膜をＵＶ／オゾン照射装置を用いて５分間表面処理を行い、表面を親水化した。得られた表面の純水の接触角は４．５°であった。更に表面親水化した絶縁性薄膜をＯＴＳの乾燥トルエン溶液に１晩浸漬することにより、自己組織化単分子膜３１を得た。得られた自己組織化単分子膜３１表面の純水の接触角は１０２°であった。表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したところＯＴＳの被覆率は１００％であった。
【実施例５】
【００７３】
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルジルコネート（（ｎＢｕＯ）４Ｚｒ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、有機分子としてメチロールメラミン２ｇを選択し、実施例１と同様に混合することで、透明溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００７４】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率を、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は２×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．０で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例６】
【００７５】
図３に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として０．７ｍｍ厚のガラスを用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例１の絶縁性薄膜を積層し、金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンを形成した。この時、金とゲート絶縁層３０の密着性を上げる為に金を蒸着する前にクロムを３ｎｍ程度積層した。
【００７６】
続いて半導体６０としてポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）をフレキソ印刷により塗工し、１２０℃、３０分で乾燥することにより形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００７７】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．０１４ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０５、閾値電圧は−２Ｖであった。
【実施例７】
【００７８】
図３に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として１５０μｍ厚のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例３の絶縁性薄膜を積層し、金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンを形成した。この時、金とゲート絶縁層３０の密着性を上げる為に金を蒸着する前にクロムを３ｎｍ程度積層した。
【００７９】
続いて半導体６０としてポリ（６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン）（ＴＩＰＳ−ペンタセン）をフレキソ印刷により塗工し、９０℃、３０分で乾燥することにより形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８０】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．７ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０６、閾値電圧は−１Ｖであった。
【実施例８】
【００８１】
図６に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として０．７ｍｍ厚のガラスを用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例５の絶縁性薄膜を積層し、実施例２と同様にＯＴＳ自己組織化単分子膜３１を形成した。続いて半導体６０としてペンタセンを６０℃で４０ｎｍに蒸着し、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンに対応したマスクをかぶせた後に金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成することで電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８２】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は２．５ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０８、閾値電圧は−６Ｖであった。
【００８３】
［比較例１］
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルチタネート（（ｎＢｕＯ）４Ｔｉ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、それぞれｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール溶媒に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合すると、オレンジ色沈殿物が得られた。得られた沈殿物は更に１日攪拌を続けても溶媒に溶解せずに沈殿物として残り、溶液状にはならず、絶縁性薄膜を形成できなかった。
【００８４】
［比較例２］
比較例１において金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルジルコネート（（ｎＢｕＯ）４Ｚｒ）を用いた場合は白色沈殿物が得られたが、同様に溶液状にはならず、絶縁性薄膜を形成できなかった。
【００８５】
［比較例３］
実施例６と同様に図３に示すように、基板１０を用意し、ゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、ソース電極４０、ドレイン電極５０を形成した。ただし、ゲート絶縁層３０の材料には、ＰＶＰとメチロールメラミンの１０：１混合物を用いた。抵抗率は、５×１０１４Ω・ｃｍ、比誘電率は３．８であった。続いて、実施例６と同様に半導体６０を形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８６】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．００６ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０４、閾値電圧は＋３Ｖであった。
【００８７】
実施例と比較例とに係る電界効果型トランジスタ１００を比較すると、実施例に係る電界効果型トランジスタ１００は、高い絶縁性と誘電率を有している絶縁性薄膜であるゲート絶縁膜３０を用いているため、特性の劣化がない電界効果型トランジスタ１００を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、絶縁性薄膜、及び自己組織化単分子膜を形成した絶縁性薄膜、及びそれらをゲート絶縁層として作製した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、及びそれを用いたアクティブマトリックス型のＴＦＴアレイを背面板として有する液晶表示素子、有機ＥＬ、電子ペーパ等の表示素子に利用される。
【符号の説明】
【００８９】
１０…基板、２０…ゲート電極、３０…ゲート絶縁層、３１…自己組織化単分子膜、４０…ソース電極、５０…ドレイン電極、６０…半導体、１００…電界効果型トランジスタ、１０１…基板、１０２…ゲート電極、１０３…ゲート絶縁層、１０４…半導体層、１０５…ソース電極、１０６…ドレイン電極、１０７…保護層、３０１…層間絶縁層、３０２…画素電極、３０３…画像表示媒体、３０４…対向電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性薄膜、絶縁性薄膜の形成用溶液、絶縁性薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。特に、高い絶縁性と誘電率を有する絶縁性薄膜、絶縁性薄膜の形成用溶液、絶縁性薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般に普及している液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及び電気泳動型ディスプレイ等の表示装置の多くは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を表示スイッチングデバイスとしたアクティブマトリックス型の駆動装置を利用している。このような表示スイッチとしてのＴＦＴには、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極−ドレイン電極、ソース電極−ドレイン電極間に配置された半導体からなる電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が利用されている。ＦＥＴの駆動原理は、ゲート電極に電圧を印加することにより半導体中の電子またはホールからなるチャージキャリア量をコントロールし、ソース電極−ドレイン電極間のチャージ移動、すなわち電流を制御するもので、このような作用によりスイッチの役割を果たしている。
【０００３】
以上のようなＴＦＴアレイの半導体には、従来、アモルファスもしくは多結晶の薄膜シリコンを半導体として利用したものが使われているが、一般的に、薄膜シリコンＴＦＴの電極や半導体、絶縁層等の各層は真空プロセス及び３００℃以上の高温プロセスが必要で、更にパターニングにはフォトリソグラフィ法を用いるなど、比較的煩雑で高コストなプロセスにより形成されている。
【０００４】
これに対して近年では、電極材料には溶液分散型ナノ金属粒子、半導体には有機半導体、絶縁材料には有機高分子等の溶媒に可溶または分散可能な材料を用いることが提案され、インクジェット、スピンコートやフレキソ印刷等の塗布方式を用いた方法が数多く報告されるようになり、これによってプロセスの低温化、高速化、低コスト化が実現可能となってきた。
【０００５】
溶媒に可溶または分散可能な塗布型材料を用いたゲート絶縁層の形成には、従来より有機高分子材料や、有機金属化合物を用いた有機無機ハイブリッド材料（特許文献１〜４参照）、金属酸化物微粒子を混合したコンポジット材料（特許文献５、非特許文献１、２参照）等が検討され、塗布形成することでＦＥＴのゲート絶縁層材料として利用可能であることが実証されてきた。有機高分子材料から得られたゲート絶縁層は十分な絶縁性を示すが、通常２．５から３．８程度の低い比誘電率を示すことから、ＦＥＴ特性が不十分であることが多く、誘電率の高い材料が求められていた。そのような中で、有機無機ハイブリッド材料や有機無機コンポジット材料は、高い誘電率を示す金属酸化物材料を添加することで有機材料のみでは得られない高い誘電率を得ることが可能であるため、その利用が種々検討されている。
【０００６】
しかしながら、有機金属化合物を利用する有機無機ハイブリッド材料は、酸やアルカリを用いた加水分解過程を経た後、塗布することで薄膜を形成するため、膜中に残留した酸やアルカリの影響で十分な絶縁性が得られず、高いリーク電流が発生するなど新たな問題が生じた。また、有機無機コンポジット材料は、微粒子を添加するため、膜中における微粒子の分散ばらつきや微粒子の形状から生じる表面凹凸によって、ＦＥＴ特性は再現性に乏しいものとなった。
【０００７】
また、従来技術の有機無機ハイブリッド材料や有機無機コンポジット材料は、シリコン酸化物を用いることで材料特性の安定化を図っているが、安定性を獲得する代わりに反応性に乏しいため比較的高温焼成を必要とし、さらに薄膜形成後には絶縁性薄膜の表面処理などの後処理に対する耐性が強いため、強い処理工程により表面形状や化学的性質に変化が生じることで、ＦＥＴ特性の劣化が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１２０３７１号公報
【特許文献２】特開２００６−０７００２９号公報
【特許文献３】特開２００８−１４７４１０号公報
【特許文献４】特開２００８−１６６７６４号公報
【特許文献５】特開２００４−０５５６４９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ． Ａｍ．Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２７，１４６５５ （２００５）．
【非特許文献２】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ８５， ３２９５ （２００４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低温で塗布形成可能で高い絶縁性と誘電率を有し、かつ表面処理可能な絶縁性薄膜の形成用溶液、それを用いて形成した絶縁性薄膜、絶縁性薄膜をゲート絶縁層として用いることで優れた性能を有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置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】
【００１１】
本発明の請求項１に係る発明は、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子と、を含むことを特徴とする絶縁性薄膜としたものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、金属原子と高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、炭素原子の含有数が金属原子に対して５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、比誘電率が３．９以上６．０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１６】
本発明の請求項６に係る発明は、絶縁性薄膜の一方の面に自己組織化単分子膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１７】
本発明の請求項７に係る発明は、絶縁性薄膜上の自己組織化単分子膜の被覆率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１８】
本発明の請求項８に係る発明は、自己組織化単分子膜がシラン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の絶縁性薄膜としたものである。
【００１９】
本発明の請求項９に係る発明は、基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極間に形成された半導体と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２０】
本発明の請求項１０に係る発明は、基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された半導体と、半導体の間に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２１】
本発明の請求項１１に係る発明は、ゲート絶縁膜の一方の面に形成された自己組織化単分子膜と、を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタとしたものである。
【００２２】
本発明の請求項１２に係る発明は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液であり、有機金属化合物の金属原子が、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれることを特徴とする絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２３】
本発明の請求項１３に係る発明は、金属原子と高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２４】
本発明の請求項１４に係る発明は、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液としたものである。
【００２５】
本発明の請求項１５に係る発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の絶縁性薄膜の形成用溶液を基板上に塗布し、絶縁性薄膜の形成用溶液を乾燥し、絶縁性薄膜の形成用溶液を焼成することを特徴とする絶縁性薄膜の製造方法としたものである。
【００２６】
本発明の請求項１６に係る発明は、基板を準備し、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に離間してソース電極及びドレイン電極を形成し、ソース電極及びドレイン電極間に半導体を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２７】
本発明の請求項１７に係る発明は、基板を準備し、基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、高分子と、高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上に半導体を形成し、半導体の間にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２８】
本発明の請求項１８に係る発明は、ゲート絶縁層を形成する工程は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液をゲート電極上に塗布する工程と、塗膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００２９】
本発明の請求項１９に係る発明は、ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００３０】
本発明の請求項２０に係る発明は、ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程の前に、絶縁性薄膜に表面処理を施して、該絶縁性薄膜表面にヒドロキシル基を表出させる工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法としたものである。
【００３１】
本発明の請求項２１に係る発明は、請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置としたものである。
【００３２】
本発明の請求項２２に係る発明は、画像表示装置が液晶表示装置、有機ＥＬ及び電子ペーパのいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の画像表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、低温で塗布形成可能で高い絶縁性と誘電率を有し、かつ表面処理可能な絶縁性薄膜の形成用溶液、それを用いて形成した絶縁性薄膜、絶縁性薄膜をゲート絶縁層として用いることで優れた性能を有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法、並びに電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の化学的構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る画像表示装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、高分子と、金属原子、及び有機分子からなる絶縁性薄膜であり、高分子と金属原子は酸素原子を介して結合を有し、有機分子と金属原子は酸素原子または窒素原子を介して結合を有することを特徴としている。図１に金属原子が酸素原子を介して高分子と結合した本発明の絶縁性薄膜の一実施形態の化学的構造の模式図を示した。Ｍは金属原子であり、Ｒは有機分子を表す。図１のように本発明の絶縁性薄膜は、高分子が酸素又は窒素原子を介して金属原子と結合することにより、架橋されている。
【００３７】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる金属原子は、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫から選ばれる金属であり、シリコン原子を含まないことを特徴とする。以上の金属の化合物を高分子及び有機分子と反応させることによって、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を形成する。具体的な金属化合物としては、アルコキシド化合物、ハロゲン化化合物、アルキル化化合物、シクロペンタジエニル化合物、アミノ化合物、アセチルアセトナート化合物、イソシアネ−ト化合物等を用いることができる。より具体的には、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、チタンテトラキスアセチルアセトナート、塩化チタン、チタンジオクチロキシビス（オクチレングリコレート）、チタンジイソプロポキシビス（トリエタノールアミネート）、チタンラクテート、テトラプロピルジルコネート、テトラブチルジルコネート、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、塩化ジルコニア、オクタン酸ジルコニウム、テトラキスジメチルアミノジルコニウム、テトラプロピルハフネート、テトラブチルハフネート、ハフニウムテトラキスアセチルアセトナート、塩化ハフニウム、ペンタエチルニオベート、ペンタブトキシニオベート、塩化ニオブ、ペンタエチルタンタレート、ペンタブチルタンタレート、塩化タンタル、塩化モリブデン、塩化亜鉛、しゅう酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、塩化アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリスアセチルアセトナート、インジウムトリスアセチルアセトナート、塩化インジウム、塩化錫、塩化ブチル錫、等があげられるがこの限りではない。
【００３８】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜で用いる高分子は、絶縁性薄膜の内部において酸素結合を介して金属原子と結合を有している。高分子と金属原子が結合を有することで、金属原子添加による誘電率の向上のみならず、高分子材料間を架橋し絶縁性薄膜の膜構造を安定化させ、更には遊離した極性置換基の数を最小限に留めることで高い絶縁性を得ることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる高分子は、上記した金属化合物等と反応し、酸素原子を介して結合を有する高分子を選択する必要がある。例えばヒドロキシル基やアルコール基、カルボキシル基、エポキシ基、あるいはそれらの置換基に変換可能な前駆体となりうる官能基を有する高分子化合物が望ましい。すなわち、当該高分子のモノマー単位に例示したような官能基が各単位、一定間隔あるいはランダムに含まれることが望ましい。具体的な高分子材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、アセチルセルロース、エポキシ樹脂、ヒドロキシアルキルアクリレート等を用いたアクリル樹脂あるいはブロック共重合体、アクリルポリオール樹脂、エステルポリオール樹脂、等が挙げられるがこの限りではない。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜で用いる有機分子は、絶縁性薄膜の内部において酸素原子または窒素原子を介して金属原子と結合を有している。有機分子が金属原子と結合を有するのは、架橋による絶縁性薄膜の膜構造安定化と、高い絶縁性を得るためであり、更には、反応性の高い金属化合物に安定性を付与する効果と、これらの混合によって得られた絶縁性薄膜の形成用材料に溶解性を付与することで絶縁性薄膜の形成用溶液を提供することにある。以上により、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液は、簡易な塗布あるいは印刷工程により絶縁性薄膜を形成できる。
【００４１】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜に用いる有機分子は、上記金属化合物と反応して、酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子を選択する必要がある。また、有機分子の反応性置換基は、前記高分子と結合を有することがより好ましい。例えば、ヒドロキシル基やアルコール基、アルデヒド基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基、イソシアノ基、イミノ基、アクリル基、エステル基、スルホン酸基、あるいはそれらの置換基に変換可能な前駆体となりうる官能基を有する有機分子が望ましい。より具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、グルコース、尿素、グアニジン、フェノール、クレゾール、カテコール、カテコールアミン、メラミン、ヒドロキシエチルアクリレート、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、あるいはこれらの類似化合物、等が挙げられるがこの限りではない。
【００４２】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜の形成用溶液は、上記金属原子から少なくとも一種選択し、金属原子に対応する金属化合物を溶媒中に溶解し、更に、上記した高分子、及び有機分子を適宜選択した上でそれぞれ同溶媒、あるいは別種の溶媒に溶解した上で、適宜条件を勘案した後に混合することで得ることができる。図２に本発明の絶縁性薄膜の形成用溶液の模式図を示した。金属化合物のみの場合、金属化合物の反応性が早く、常温でも重合が進むことから、高分子の架橋に用いる際に一定量を超えると、凝集し、溶媒中で沈殿してしまう。そこで金属化合物の一部に有機分子を結合しておくことにより、溶解性を制御することができ、安定した溶液となる。金属原子と高分子の単量体の含有比は１：１以上１：５以下であることが好ましく、金属原子と有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることが好ましい。この時、絶縁性薄膜中の炭素原子の含有数が金属原子に対して５倍以上であり、絶縁性薄膜中の元素組成比はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）等の元素分析手法より求めることができる。金属原子の混入量が高分子や有機分子に対して多すぎる場合、金属化合物の反応性の速さから、非常に早い硬化が起こってしまい溶解性が得られなくなってしまう他、絶縁性も低くなってしまう傾向にある。また、金属原子の混入量が高分子や有機分子に対して少なすぎる場合、金属化合物の添加の効果が得られず、誘電率が向上しなくなってしまう。金属化合物、高分子及び有機分子の最終的な混合物は全て溶液中に溶解していることが好ましく、不溶物が発生した場合はＰＴＦＥフィルタ等でろ過することにより除去することが好ましい。金属化合物、高分子、及び有機分子を溶解させる溶媒は、それぞれの物性に合わせて急な反応促進の無いように適宜選択する必要があり、水、アルコール、有機溶媒等を用いることができる。より具体的には、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ノルマルブタノール、ノルマルペンタノール、ノルマルヘキサノール、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、アニソール、アセチルアセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、テトラヒドロフラン等が挙げられるがこの限りではない。溶媒は単一の溶媒であってもよいし、複数種を混合してもよい。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、上述した絶縁性薄膜の形成用溶液を塗布、あるいは印刷し、乾燥または焼成することにより形成することができる。具体的な形成方法としては、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。焼成温度は、用いた溶媒がほぼ完全に蒸発し、得られた薄膜が再溶解せず、また基板への十分な密着性を得ることを満たすように適宜選択し、耐熱性の基板を用いている場合は６０℃から２５０℃の間、フィルム基板等の耐熱性の低い基板を用いている場合は、６０℃から２００℃程度で選択することが好ましい。また乾燥及び焼成に当たっては、真空下で行ってもよい。
【００４４】
本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜は、表面に自己組織化単分子膜が形成されていてもよい。自己組織化単分子膜を形成する化合物として、末端に（モノ、ジ、トリ）アルコキシシラン基、（モノ、ジ、トリ）クロロシラン基、ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、アミノ基、ハライド基、カルボン酸、ヒドロキシル基、チオール基、ジスルフィド基、アジ基、アセチレン基、ビニル基、ニトロ基、シアノ基等の官能基を有し、分子内にアルキル基、フェニル基、フェノキシ基、チオフェン環、ピロール環、ピリジン環、フルオレン環、エーテル、エチレン基、アセチレン基の少なくともいずれか一つを含む炭素数２以上の置換基を有するものが挙げられる。主骨格は、好ましくは分岐しておらず、例えば直鎖状のノルマルアルキル（ｎ−アルキル）基や、フェニル基が三個直列に配置されたｔｅｒ−フェニル基や、フェニル基のパラ位の両側にｎ−アルキル基が配置されたような構造が良い。また、アルキル鎖の中にエーテル結合を含めても良いし、炭素−炭素の二重結合や三重結合を含めても良い。自己組織化単分子膜は分子の一方の反応性置換基が、対応する基材表面の反応性部位と相互作用、あるいは反応し、結合を形成することにより、基材上に単分子層を形成するものである。分子がより緻密に充填されることにより、自己組織化単分子膜の表面は、より平滑で均質な表面を与えることから、分子の主骨格は直線状であり、分子長が揃っていることが望ましい。以上のことから自己組織化単分子膜の被覆率は９０％以上であることが好ましい。
【００４５】
自己組織化単分子膜３１を形成する前に、ゲート絶縁層３０表面にコロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良い。本発明の絶縁性薄膜の表面にこのような表面処理を施すことにより、酸素と金属原子との結合が一部切断してヒドロキシル基を表出させることができる。このため、ゲート絶縁膜（絶縁性薄膜）上に従来よりも緻密な自己組織化膜を形成することが可能となる。
【００４６】
自己組織化単分子膜３１の形成方法は、自己組織化単分子を形成する化合物を真空下で対応する基板に蒸着する方法、化合物の溶液中に基板を浸漬する方法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法などを用いることができるが、これらに限るものではない。しかしながら、例えば、化合物がより緻密で確実に自己組織化単分子膜３１のみを得る方法として、Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９， １１５９ （２００３）．及びＪ． Ｐｈｙｓ． Ｃｈｅｍ． Ｂ １１０， ２１１０１ （２００６）．に記載の方法を用いることがより好ましい。
【００４７】
本発明の実施の形態において、上述した絶縁性薄膜の比誘電率は３．９以上６．０以下であることが好ましい。絶縁性薄膜の比誘電率が３．９以上６．０以下の範囲だと、リーク電流が発生せず、後述する絶縁性薄膜を電界効果型トランジスタに用いた場合に良好な特性を得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０に用いた際の詳細を説明する。
【００４９】
図３乃至図６は、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００を示す概略断面図である。図３の電界効果型トランジスタ１００は、半導体６０をソース電極４０及びドレイン電極５０が挟んだ構造であり、図４の電界効果型トランジスタ１００は、半導体６０上にパターニングしたソース電極４０、ドレイン電極５０を離間した構造であり、図５の電界効果型トランジスタ１００は、ゲート絶縁膜３０と半導体６０の間に自己組織化単分子膜３１、自己組織化単分子膜３１と半導体６０をソース電極４０及びドレイン電極５０が挟んだ構造であり、図６の電界効果型トランジスタ１００は、ゲート絶縁膜３０上に自己組織化単分子膜３１、自己組織化単分子膜３１上に半導体６０、半導体６０上にパターニングしたソース電極４０、ドレイン電極５０を離間した構造である。
【００５０】
図３乃至図６に示すように、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、基板１０、ゲート電極２０、ゲート絶縁膜３０、ソース電極４０、ドレイン電極５０及び半導体６０を有し、さらに、ゲート絶縁膜３０と半導体６０との間に自己組織化単分子膜３１を有している。
【００５１】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の基板１０としては、表面に絶縁性がありシート状で、表面が平坦であれば何でも用いることができ、例えば、ソーダライムガラス、石英ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリルレートなどを使用することができる。また、ステンレスシート、アルミ箔、銅箔、シリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の基材であっても、表面に絶縁性、例えば高分子材料あるいは金属酸化物などを塗布または蒸着することにより用いることができる。更に、上述した基板１０は表面に易接着層等の表面処理層を形成しても良いし、コロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良い。
【００５２】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート電極２０、ソース電極４０、及びドレイン電極５０としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属をＰＶＤ法やＣＶＤ法、めっき等の方法で成膜した後にフォトリソグラフィ法などを用いて形成できる。また、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等、透明導電性材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリチオフェン等、有機導電性材料等を用いることもできるが、これらを用いた時に比較的高い配線抵抗を有する場合は金属バス電極を用いて抵抗の軽減を図ることがより好ましい。また、以上の金属、透明酸化物、有機導電性高分子等の導電性材料あるいはそれらの前駆体を、溶液、ペースト、ナノ粒子分散液等に加工した後、印刷法で塗工し、乾燥、焼成、光硬化あるいはエージング等によって形成することもできる。用いられる印刷方法は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ等のパターニング可能な印刷方法を用いることが工程の簡略化、低コスト化、高速化を達成できることから、より好ましい。また、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコート等とフォトリソグラフィ等のパターニング手法を組み合わせても良い。さらに、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００５３】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０としては、上述した本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜を用いることができ、形成方法は上述した通りである。また、本発明の実施の形態に係る絶縁性薄膜と有機高分子化合物を積層して用いても良い。積層に用いる材料は、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ブタジエンゴム等の有機高分子化合物、またはこれらの混合物、またはアルコキシシラン基やビニル基、アクリル酸エステル、エポキシ基など反応性置換基を有する化合物との混合物を用いることができ、更には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の酸化物、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、酸窒化物なども用いることができるが、十分な絶縁性を有し、膜厚１μｍ以下の薄膜を形成可能であればこれらに限定されるものではない。
【００５４】
これら有機高分子化合物の形成方法としては、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。また、無機酸化物、酸窒化物等の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング、ＣＶＤなどの真空成膜法を用いることができ、また成膜中に任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃などを併用してもよい。また、それぞれの金属酸化物に対応する前駆体、具体的には塩化物、臭化物などの金属ハロゲン化物や金属アルコキシド、金属水酸化物等を、アルコールや水中で塩酸、硫酸、硝酸などの酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基と反応させて加水分解することにより形成してもよい。このような溶液系のプロセスを用いる場合、マイクログラビアコート、ディップコート、スクリーンコート、ダイコート、スピンコート等既存のウエットコーティング法を用いることができる。以上のゲート絶縁層３０は、コロナ処理、プラズマ処理、ＵＶ／オゾン処理等の表面処理を施しても良いが、処理による表面粗さが粗くならないように注意する必要がある。ゲート絶縁層３０の表面は比較的平滑でピンホールや突起、起伏が無いことが好ましい。
【００５５】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００のゲート絶縁層３０は表面に自己組織化単分子膜３１を形成しても良い。自己組織化単分子膜をゲート絶縁層と半導体６０の間に形成することにより、ゲート絶縁層表面の濡れ性や表面エネルギーを制御することができ、特性の優れた電界効果型トランジスタを作製することができる。自己組織化膜の形成方法は、前述の絶縁性薄膜に記載の方法が適用される。本発明のゲート絶縁層においては、半導体６０との界面に緻密な自己組織化膜を形成することができるため、特性の優れた電界効果型トランジスタを作製できる。
【００５６】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の半導体６０としては、半導体性を示すπ共役有機高分子、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリアリルアミン類、フルオレン類、ポリカルバゾール類、ポリインドール類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類などや、π共役系を持つ低分子物質、例えば、ペンタセンなどの多環芳香族の誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、テトラシアノキノジメタン誘導体、フラーレン類、カーボンナノチューブ類などを用いることができるがこの限りではない。また、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、カドミウムテルル、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、窒化アルミニウムのような無機半導体、及び酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）や酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの酸化物半導体を用いても良い。
【００５７】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の半導体６０の形成方法は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、溶液を用いた印刷法等を用いることができるが、生産性、低コスト化等の観点から溶媒に可溶な半導体６０を用いて塗工する方法を用いることがより好ましい。印刷法を用いる場合は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコート等を用いることができ、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００５８】
本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、さらに保護層、層間絶縁層、上部画素電極を形成して用いても良い。以上、一画素の構造に沿って本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００の詳細を説明したが、本発明の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１００は、高い絶縁性と誘電率とを有しているため、画素をアレイ状に配列させることにより、画像表示装置の画素点灯装置として用いることができる。保護層や層間絶縁層には、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ブタジエンゴム等の有機高分子化合物、またはこれらの混合物、またはアルコキシシラン基やビニル基、アクリル酸エステル、エポキシ基など反応性置換基を有する化合物との混合物を用いることができ、更には、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の酸化物、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、酸窒化物なども用いることができる。
【００５９】
図７に本発明の電界効果型トランジスタを画素点灯装置として用いた画像表示装置の例を示した。本発明の画像表示装置は、上記電界効果型トランジスタを画素ごとに少なくとも一つ配置した電界効果型トランジスタレイとし、画像表示媒体３０３と接続する。画像表示媒体の例としては、電気泳動方式の表示媒体（電子ペーパー）や、液晶表示媒体、有機ＥＬ、無機ＥＬ等が挙げられる。
【００６０】
図７の本発明の画像表示装置の例では、電界効果型トランジスタを形成した基板上に層間絶縁膜３０１が形成され、ソース電極１０５又はドレイン電極１０６と画素電極３０２が接続され、当該画素電極と対向電極３０４で画像表示媒体３０３を挟持する構成となっている。本発明の電界効果型トランジスタは、材料の選択によって透明とすることができるため、対向電極側、電界効果型トランジスタ側のいずれから視認できるようにしても良い。図７の画像表示装置の例では、層間絶縁膜３０１上の全面に画素電極３０２を配置できる。その上に例えば対向電極３０２を形成した電気泳動方式の表示媒体を貼り合わせることにより、画像表示装置を作製することができる。
【００６１】
また本発明の画像表示装置の別の例として、電界効果型トランジスタ上に画素を区画する隔壁を形成し、ソース電極１０５又はドレイン電極１０６から延長された画素電極３０２上に画像表示媒体を形成した構成としても良い。例えば、インクジェット法や印刷法を用いて形成した有機ＥＬを表示媒体として用いることができる。
【実施例１】
【００６２】
以下、具体的な実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は説明を目的としたもので、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルチタネート（（ｎＢｕＯ）４Ｔｉ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、有機分子としてメチロールメラミン２ｇを選択し、それぞれｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール溶媒に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合し、オレンジ色溶液を得た。更に得られたオレンジ色溶液を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタに通すことで、透明なオレンジ色溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００６４】
得られた絶縁性薄膜の形成用溶液の２ｍＬをガラス基板にスピンコートし、９０℃で１０分間乾燥、さらに１２０℃で１時間焼成することにより膜厚８００ｎｍの絶縁性薄膜を得た。
【００６５】
得られた絶縁性薄膜をＸＰＳで分析した。Ａｒイオンビームで１０秒間エッチングすることで絶縁性薄膜の内部を分析した。チタンとＰＶＰのモノマーの含有比は１：５であり、チタンとメチロールメラミンの含有比は１：２であった。またチタン原子と炭素原子の組成比は１：３０であった。
【００６６】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率とを、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は２×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．５で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例２】
【００６７】
実施例１で得られた絶縁性薄膜の表面にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の自己組織化単分子膜３１を形成した。まず、実施例１の絶縁性薄膜をＵＶ／オゾン照射装置を用いて５分間表面処理を行い、表面を親水化した。得られた表面の純水の接触角は５．４°であった。更に表面親水化した絶縁性薄膜をＯＴＳの乾燥トルエン溶液に１晩浸漬することにより、自己組織化単分子膜３１を得た。得られた自己組織化単分子膜３１表面の純水の接触角は１０３°であった。表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したところＯＴＳの被覆率は１００％であった。
【実施例３】
【００６８】
金属化合物としてチタンジイソプロポキシビス（トリエタノールアミネート）８０％溶液１ｇを、高分子としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１ｇを、有機分子として３−アミノ−１，２，４−トリアゾール２ｇを選択し、それぞれ水に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合し、無色溶液を得た。更に得られた無色溶液を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタに通すことで、透明溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００６９】
得られた絶縁性薄膜の形成用溶液の２ｍＬをガラス基板にスピンコートし、９０℃で１０分間乾燥、さらに１５０℃で１時間焼成することにより膜厚１０００ｎｍの絶縁性薄膜を得た。
【００７０】
得られた絶縁性薄膜をＸＰＳで分析した。Ａｒイオンビームで１０秒間エッチングすることで絶縁性薄膜の内部を分析した。チタンとＰＶＡのモノマーの含有比は１：４であり、チタンと−アミノ−１，２，４−トリアゾールの含有比は１：３であった。またチタン原子と炭素原子の組成比は１：２０であった。
【００７１】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率を、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は１×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．８で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例４】
【００７２】
実施例３で得られた絶縁性薄膜の表面にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の自己組織化単分子膜３１を形成した。まず、実施例１の絶縁性薄膜をＵＶ／オゾン照射装置を用いて５分間表面処理を行い、表面を親水化した。得られた表面の純水の接触角は４．５°であった。更に表面親水化した絶縁性薄膜をＯＴＳの乾燥トルエン溶液に１晩浸漬することにより、自己組織化単分子膜３１を得た。得られた自己組織化単分子膜３１表面の純水の接触角は１０２°であった。表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したところＯＴＳの被覆率は１００％であった。
【実施例５】
【００７３】
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルジルコネート（（ｎＢｕＯ）４Ｚｒ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、有機分子としてメチロールメラミン２ｇを選択し、実施例１と同様に混合することで、透明溶液として絶縁性薄膜の形成用溶液を得た。
【００７４】
得られた絶縁性薄膜の絶縁性と誘電率を、絶縁性薄膜の上下に１ｃｍ角のアルミ電極を形成することで求めた。一方の電極に６０Ｖを印加し流れた電流値から得られた抵抗率は２×１０１４Ω・ｃｍであり、また、ＬＣＲメータを用いて周波数７５ｋＨｚで測定したキャパシタンスから求めた比誘電率は４．０で、高い絶縁性と比誘電率が得られた。
【実施例６】
【００７５】
図３に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として０．７ｍｍ厚のガラスを用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例１の絶縁性薄膜を積層し、金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンを形成した。この時、金とゲート絶縁層３０の密着性を上げる為に金を蒸着する前にクロムを３ｎｍ程度積層した。
【００７６】
続いて半導体６０としてポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）をフレキソ印刷により塗工し、１２０℃、３０分で乾燥することにより形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００７７】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．０１４ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０５、閾値電圧は−２Ｖであった。
【実施例７】
【００７８】
図３に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として１５０μｍ厚のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例３の絶縁性薄膜を積層し、金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成し、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンを形成した。この時、金とゲート絶縁層３０の密着性を上げる為に金を蒸着する前にクロムを３ｎｍ程度積層した。
【００７９】
続いて半導体６０としてポリ（６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン）（ＴＩＰＳ−ペンタセン）をフレキソ印刷により塗工し、９０℃、３０分で乾燥することにより形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８０】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．７ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０６、閾値電圧は−１Ｖであった。
【実施例８】
【００８１】
図６に示す電界効果型トランジスタ１００を作製した。絶縁基板１０として０．７ｍｍ厚のガラスを用い、ゲート電極２０としてアルミニウムを真空蒸着法により５０ｎｍ形成したのちフォトリソグラフィ法及びエッチングによってパターニングした。続いてゲート絶縁層３０として実施例５の絶縁性薄膜を積層し、実施例２と同様にＯＴＳ自己組織化単分子膜３１を形成した。続いて半導体６０としてペンタセンを６０℃で４０ｎｍに蒸着し、ソース電極４０、ドレイン電極５０となる電極パターンに対応したマスクをかぶせた後に金を真空蒸着法により膜厚５０ｎｍで形成することで電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８２】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は２．５ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０８、閾値電圧は−６Ｖであった。
【００８３】
［比較例１］
金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルチタネート（（ｎＢｕＯ）４Ｔｉ）１ｇを、高分子としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）１．５ｇを、それぞれｎ−ブタノール、トルエン／ｎ−ブタノール溶媒に溶解させ、Ａｒ雰囲気下で攪拌しながら慎重に滴下することで混合すると、オレンジ色沈殿物が得られた。得られた沈殿物は更に１日攪拌を続けても溶媒に溶解せずに沈殿物として残り、溶液状にはならず、絶縁性薄膜を形成できなかった。
【００８４】
［比較例２］
比較例１において金属化合物としてテトラ−ｎ−ブチルジルコネート（（ｎＢｕＯ）４Ｚｒ）を用いた場合は白色沈殿物が得られたが、同様に溶液状にはならず、絶縁性薄膜を形成できなかった。
【００８５】
［比較例３］
実施例６と同様に図３に示すように、基板１０を用意し、ゲート電極２０、ゲート絶縁層３０、ソース電極４０、ドレイン電極５０を形成した。ただし、ゲート絶縁層３０の材料には、ＰＶＰとメチロールメラミンの１０：１混合物を用いた。抵抗率は、５×１０１４Ω・ｃｍ、比誘電率は３．８であった。続いて、実施例６と同様に半導体６０を形成し、電界効果型トランジスタ１００を得た。
【００８６】
以上より得られた電界効果型トランジスタ１００の伝達特性をゲート電圧−２０Ｖから４０Ｖ、ソース電圧−４０Ｖで測定したところ、移動度は０．００６ｃｍ２／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆは１０４、閾値電圧は＋３Ｖであった。
【００８７】
実施例と比較例とに係る電界効果型トランジスタ１００を比較すると、実施例に係る電界効果型トランジスタ１００は、高い絶縁性と誘電率を有している絶縁性薄膜であるゲート絶縁膜３０を用いているため、特性の劣化がない電界効果型トランジスタ１００を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、絶縁性薄膜、及び自己組織化単分子膜を形成した絶縁性薄膜、及びそれらをゲート絶縁層として作製した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、及びそれを用いたアクティブマトリックス型のＴＦＴアレイを背面板として有する液晶表示素子、有機ＥＬ、電子ペーパ等の表示素子に利用される。
【符号の説明】
【００８９】
１０…基板、２０…ゲート電極、３０…ゲート絶縁層、３１…自己組織化単分子膜、４０…ソース電極、５０…ドレイン電極、６０…半導体、１００…電界効果型トランジスタ、１０１…基板、１０２…ゲート電極、１０３…ゲート絶縁層、１０４…半導体層、１０５…ソース電極、１０６…ドレイン電極、１０７…保護層、３０１…層間絶縁層、３０２…画素電極、３０３…画像表示媒体、３０４…対向電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子と、
前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、
前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子と、
を含むことを特徴とする絶縁性薄膜。
【請求項２】
前記金属原子と前記高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁性薄膜。
【請求項３】
前記金属原子と前記有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁性薄膜。
【請求項４】
炭素原子の含有数が前記金属原子に対して５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項５】
比誘電率が３．９以上６．０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項６】
前記絶縁性薄膜の一方の面に自己組織化単分子膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項７】
前記絶縁性薄膜上の前記自己組織化単分子膜の被覆率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項８】
前記自己組織化単分子膜がシラン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に形成された半導体と、
を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された半導体と、
前記半導体の間に形成されたソース電極及び前記ドレイン電極と、
を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜の一方の面に形成された自己組織化単分子膜と、を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液であり、前記有機金属化合物の金属原子が、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれることを特徴とする絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１３】
前記金属原子と前記高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１４】
前記金属原子と前記有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の前記絶縁性薄膜の形成用溶液を基板上に塗布し、
前記絶縁性薄膜の形成用溶液を乾燥し、
前記絶縁性薄膜の形成用溶液を焼成することを特徴とする絶縁性薄膜の製造方法。
【請求項１６】
基板を準備し、
前記基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に、高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に離間してソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に半導体を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
基板を準備し、
前記基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に、高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に半導体を形成し、
前記半導体の間にソース電極及び前記ドレイン電極を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記ゲート絶縁層を形成する工程は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液をゲート電極上に塗布する工程と、
該塗膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程の前に、前記絶縁性薄膜に表面処理を施して、該前記絶縁性薄膜表面にヒドロキシル基を表出させる工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置。
【請求項２２】
前記画像表示装置が液晶表示装置、有機ＥＬ及び電子ペーパのいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の画像表示装置。
【請求項１】
高分子と、
前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、
前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子と、
を含むことを特徴とする絶縁性薄膜。
【請求項２】
前記金属原子と前記高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁性薄膜。
【請求項３】
前記金属原子と前記有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁性薄膜。
【請求項４】
炭素原子の含有数が前記金属原子に対して５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項５】
比誘電率が３．９以上６．０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項６】
前記絶縁性薄膜の一方の面に自己組織化単分子膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項７】
前記絶縁性薄膜上の前記自己組織化単分子膜の被覆率が９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項８】
前記自己組織化単分子膜がシラン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の絶縁性薄膜。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に形成された半導体と、
を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された半導体と、
前記半導体の間に形成されたソース電極及び前記ドレイン電極と、
を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜の一方の面に形成された自己組織化単分子膜と、を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液であり、前記有機金属化合物の金属原子が、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれることを特徴とする絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１３】
前記金属原子と前記高分子の単量体の含有比が１：１以上１：５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１４】
前記金属原子と前記有機分子の含有比が１：１以上１：６以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の絶縁性薄膜の形成用溶液。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の前記絶縁性薄膜の形成用溶液を基板上に塗布し、
前記絶縁性薄膜の形成用溶液を乾燥し、
前記絶縁性薄膜の形成用溶液を焼成することを特徴とする絶縁性薄膜の製造方法。
【請求項１６】
基板を準備し、
前記基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に、高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に離間してソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に半導体を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
基板を準備し、
前記基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に、高分子と、前記高分子と酸素原子を介して結合を有し第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、亜鉛、錫のうちから選ばれる金属原子と、前記金属原子と酸素原子または窒素原子を介して結合を有する有機分子とを含む絶縁性薄膜からなるゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上に半導体を形成し、
前記半導体の間にソース電極及び前記ドレイン電極を形成することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記ゲート絶縁層を形成する工程は、ヒドロキシル基を有する高分子と、有機金属化合物と、反応性置換基を有する有機分子と、有機溶媒を混合して得られる溶液をゲート電極上に塗布する工程と、
該塗膜を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記ゲート絶縁層の一方の面に自己組織化単分子膜を形成する工程の前に、前記絶縁性薄膜に表面処理を施して、該前記絶縁性薄膜表面にヒドロキシル基を表出させる工程を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
請求項９または１０に記載の電界効果型トランジスタを用いた画像表示装置。
【請求項２２】
前記画像表示装置が液晶表示装置、有機ＥＬ及び電子ペーパのいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６７６５７（Ｐ２０１０−２６７６５７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５５４７（Ｐ２００９−１１５５４７）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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