薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサー
【課題】本発明は、薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサーに関する。
ものである。
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
ものである。
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、パネル表示装置に広く応用される。従来の薄膜トランジスタは、主に、ゲート電極、絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を含む。前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、互いに間隔を開けて設置され、前記半導体層と電気的にそれぞれ接続される。前記ゲート電極は、前記絶縁層を通して、前記半導体層と間隔を開けて設置される。また、前記半導体層の、前記ソース電極とドレイン電極との間に位置する領域には、チャネル領域が形成される。
【０００３】
前記薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は、導電材料からなる。該導電材料は、金属又は合金である。前記ゲート電極に電圧を印加すると、前記絶縁層により該ゲート電極と間隔をあけて設置された前記半導体層におけるチャネル領域に、キャリアを蓄積することができる。該キャリアが所定の程度に蓄積すると、前記半導体層に電気的に接続された前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、電気的に接続されるので、前記ソース電極から前記ドレイン電極に流れる電流が発生する。
【０００４】
しかしながら、前記薄膜トランジスタの複数のパラメータ（例えば、前記ソース電極とドレイン電極との間に生じた電流、ゲート電極の静電容量等）は、固定値であるため、前記複数のパラメータを調整することはできない。従って、前記薄膜トランジスタの応用範囲が制限される。
【０００５】
モス・エフイーティー圧力マイクロセンサ（ＭＯＳ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ）は、圧力によって、該モス・エフイーティー圧力マイクロセンサの上述した複数のパラメータを調整することができることは、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＹＡＮ Ｈｕａｎｇ −ｐｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＳ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．，２０（５）１９， ２００１
【非特許文献２】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、モス・エフイーティー圧力マイクロセンサは、構造及び製造工程が複雑であり、生産性が低く、コストが高い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、構造及び製造工程が簡単で、感度が高い薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサーを提供する。
【０００９】
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
【００１０】
本発明の圧力センサーは、圧力発生ユニットと、薄膜トランジスタと、を含む。前記圧力発生ユニットは、圧力を発生する。前記薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含み、前記圧力を受けるように構成される。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
【発明の効果】
【００１１】
従来の技術と比べて、本発明の薄膜トランジスタは、以下の優れた点がある。第一に、構造が簡単であり、該薄膜トランジスタにおける絶縁層の厚さは薄い。第二に、本発明の薄膜トランジスタにおいて、高分子材料で作られた絶縁層の誘電率は大きいので、ゲート電極の静電容量Ｃｏｘは、小さい圧力でもそのゲート電極の静電容量Ｃｏｘは大きく変化し、ソース電極とドレイン電極との間の電流Ｉｄｓも、広範囲に流れることができる。これによって、前記薄膜トランジスタの感度は高くなり、医療機器、レギュレータ、電子機器のキーストローク、流量自動制御、産業用制御装置および監視装置に利用することができる。第三に、本発明の薄膜トランジスタの製造工程において、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が発生しないので、該薄膜トランジスタは、製造工程が簡単で、コストが低い。そのため、大量生産にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタの構造の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタにおける半導体層構造の断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタの作動時における構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタにおけるソース電極とドレイン電極との間に流れる電流と圧力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る薄膜トランジスタの構造の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る薄膜トランジスタを利用した圧力センサーの構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本発明の薄膜トランジスタ１０は、トップゲート型薄膜トランジスタであり、ゲート電極１２０と、絶縁層１３０と、半導体層１４０と、ソース電極１５１と、ドレイン電極１５２と、を含む。前記薄膜トランジスタ１０は、絶縁基板１１０の一つの表面に設置される。前記半導体層１４０は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材１４２及び該高分子基材１４２に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４からなる。
【００１５】
前記半導体層１４０は、前記絶縁基板１１０の一つの表面に設置される。前記ソース電極１５１及びドレイン電極１５２は、間隔をあけて前記半導体層１４０の、前記絶縁基板１１０に隣接する表面とは反対の表面に設置され、前記半導体層１４０と電気的にそれぞれ接続される。前記半導体層１４０は、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の間に位置する一つのチャネル１５６を含む。前記絶縁層１３０は、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記半導体層１４０を、被覆するように設置されている。前記ゲート電極１２０は、前記絶縁層１３０の前記半導体層１４０に接触する表面とは反対の表面に設置され、且つ前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の間に設置されている。前記ゲート電極１２０は、前記チャネル１５６に対向する、前記絶縁層１３０の、前記半導体層１４０に接触する表面とは反対の表面に設置されることが好ましい。
【００１６】
該絶縁層１３０により、前記ゲート電極１２０を、前記半導体層１４０、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２と絶縁状態にさせる。前記半導体層１４０の、前記ソース電極１５１とドレイン電極１５２との間に位置する領域には、前記チャネル１５６が形成される。
【００１７】
前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２は、前記半導体層１４０の、前記絶縁基板１１０に隣接する表面とは反対の表面に間隔をあけて設置され、且つ前記絶縁層１３０と前記半導体層１４０との間に位置する。前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０が、前記半導体層１４０の同じ側に位置する場合、コープレーナー型薄膜トランジスタ１０を形成する。或いは、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２が、それぞれ前記絶縁基板１１０及び前記半導体層１４０の間に間隔をあけて設置され、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２と、前記ゲート電極１２０とが、前記半導体層１４０の異なる側に位置する場合は、スタガード型（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタ１０を形成する。前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２の位置は制限されず、該ソース電極１５１と該ドレイン電極１５２とが間隔をあけて設置され、前記半導体層１４０と電気的に接続することができる。例えば、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２は前記半導体層１４０と同じ平面に設置することができる。
【００１８】
前記絶縁基板１１０の材料は、例えば、シリコン、石英、セラミック、ガラス及びダイヤモンドなどの硬性材料、又は例えば、プラスチック及び樹脂などの柔性材料である。本実施例において、前記絶縁基板１１０の材料は、ガラスであることが好ましい。該絶縁基板１１０は、前記薄膜トランジスタ１０を支持するために用いられる。更に、前記複数の薄膜トランジスタ１０は、前記絶縁基板１１０の一つの表面に設置され、薄膜トランジスタパネル又は薄膜トランジスタ半導体素子に形成されることができる。
【００１９】
前記半導体層１４０は、高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材１４２及び該高分子基材１４２に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４からなる。前記高分子複合材料層の弾性率は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである。例えば、前記高分子複合材料層の弾性率は、１ＭＰａ、３ＭＰａ、５ＭＰａまたは８ＭＰａである。これによって、前記半導体層１４０は、優れたフレキシブル性を有する。前記高分子基材１４２の材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリレート、ポリエステル、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムである。本実施例において、前記高分子基材１４２は、ポリジメチルシロキサンからなり、その弾性率が５００ＫＰａである。
【００２０】
前記高分子複合材料層において、前記複数のカーボンナノチューブ１４４の質量比は、０．１％〜１％である。本実施例において、前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４４の質量比は、０．５％である。前記複数のカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ１４２は、半導体型カーボンナノチューブである。
【００２１】
前記半導体層１４０の長さは、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅は１マイクロメートル〜１ミリメートルであり、厚さは０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記チャネル１５６の長さは１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅は１マイクロメートル〜１ミリメートルである。本実施例において、前記半導体層１４０の長さは５０マイクロメートルであり、幅は３００マイクロメートルであり、厚さは１マイクロメートルである。前記チャネル１５６の長さは４０マイクロメートルであり、幅は３００マイクロメートルである。
【００２２】
前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０は、導電性フィルムである。前記導電性フィルムの材料は、金属、合金、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電性ポリマー、金属性カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの金属複合材料の一種または多種である。具体的に、前記金属は、アルミ、銅、タングステン、モリブデン、金、セシウム、またはパラジウムである。前記合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、セシウム、パラジウムのうち選択された少なくとも二つの金属からなる。前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０の厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０の間の距離は、１μｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０は、パラジウム薄膜であり、その厚さは、５ｎｍである。
【００２３】
本実施例において、前記半導体層１４０は、積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブからなる。前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列している。つまり、前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極１５１からドレイン電極１５２への方向に沿って配列される。
【００２４】
前記絶縁層１３０の材料は、例えば、窒化ケイ素または二酸化ケイ素などの硬性材料、又は例えば、ポリエチレンテレフタレート、ベンゾシクロブテンまたはアクリル樹脂など柔らかな材料である。前記絶縁層１３０の厚さは、０．１ｎｍ〜１０μｍである。本実施例において、前記絶縁層１３０の厚さは、５００ｎｍである。
【００２５】
図３を参照すると、前記薄膜トランジスタ１０を作動させる際は、前記ゲート電極１２０に電圧Ｖｇを印加し、同時に前記ソース電極１５１を接地し、前記ドレイン電極１５２にも電圧Ｖｄｓを印加すると、前記電圧Ｖｇによって、前記半導体層の前記チャネル１５６に電場が発生し、また、前記チャネル領域１５６の表面にはキャリアが生じる。次いで、前記電圧Ｖｇが、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との閾値電圧ＨＴＨまで達すると、前記チャネル１５６は導通し、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間に電流が流れる。前記電流は、前記ソース電極１５１から、前記チャネル１５６を通して、前記ドレイン電極１５２まで流れ、前記薄膜トランジスタ１０を作動させる。
【００２６】
前記薄膜トランジスタ１０を作動させる場合、前記ゲート電極１２０に対して、垂直に、均一な圧力を印加すると、前記半導体層１４０も、垂直に、均一な圧力を受ける。前記圧力は、プレス機械または他の方法によって、印加することができる。前記半導体層１４０は優れたフレキシブル性を有するので、前記半導体層１４０に垂直に、均一な圧力を印加すると、該半導体層１４０の形状を変化させることができる。従って、前記半導体層１４０における複数のカーボンナノチューブの形状も変化させることができる。この場合、前記複数のカーボンナノチューブのバンドギャップが大きくなるので、前記半導体層１４０の半導体性を向上させ、前記薄膜トランジスタ１０のオン／オフの比率が大きくなる。
【００２７】
前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体またはＮ型半導体であることができる。前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体である場合、前記ゲート電極１２０に正電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオフになる。前記ゲート電極１２０に負電圧を印加する場合、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオンになる。即ち、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間において、電流Ｉｄｓが流れる。前記半導体層１４０は、Ｎ型半導体である場合、前記ゲート電極１２０に負電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオフになる。前記ゲート電極１２０に正電圧を印加する場合、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオンになる。即ち、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間において、電流Ｉｄｓが流れる。
【００２８】
前記半導体層１４０における前記高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブブ１４４は、酸素ガスを吸収することができるので、Ｐ型半導体の特徴を有することができる。これによって、前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体となる。前記半導体層１４０における前記高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４を化学的にドープすることによって、Ｎ型半導体の特徴を有することもできる。これによって、該半導体層１４０はＮ型半導体となる。例えば、前記複数のカーボンナノチューブをポリエチレンイミン溶液で浸漬させた後、前記高分子基材１４４に分散させることによって、Ｎ型の半導体層１４０を形成することができる。
【００２９】
前記薄膜トランジスタ１０を作動させる場合、半導体層１４０がＰ型半導体であって、前記ゲート電極１２０に正電圧を印加するか、または半導体層１４０がＮ型半導体であって、前記ゲート電極１２０に負電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における電流Ｉｄｓは、外力の変化によって変化する。図４は前記電流Ｉｄｓと前記外力との関係図グラフである。前記外力が漸次的に１０５Ｐａから１０７Ｐａまで増加する場合、前記電流Ｉｄｓは、漸次的にゼロまで減少して、該電流Ｉｄｓはオフになる。
【００３０】
（実施例２）
図５を参照すると、実施例１の薄膜トランジスタ１０と比べて、本実施例の薄膜トランジスタ２０のゲート電極２２０は、絶縁基板２１０と絶縁層２３０との間に設置される。具体的には、前記薄膜トランジスタ２０は、絶縁基板２１０と、ゲート電極２２０と、絶縁層２３０と、半導体層２４０と、ソース電極２５１と、ドレイン電極２５２と、を含む。前記ゲート電極２２０は、前記絶縁基板２１０の一つの表面に設置される。前記絶縁層２３０は、前記ゲート電極２２０の、前記絶縁基板２１０の一つの表面に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記半導体層２４０は、前記絶縁層２３０の、前記ゲート電極２２０に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２は、前記半導体層２４０の、前記絶縁層２３０に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２は、前記半導体層２４０にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層２４０において、一つのチャネル２５６を有し、該チャネル２５６が、前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２の間に位置する。
【００３１】
前記薄膜トランジスタ２０を作動させる際に、前記半導体層２４０に圧力を印加すると、前記絶縁層２３０も、その圧力を受けて押される。
【００３２】
本実施例において、前記薄膜トランジスタ２０における前記ゲート電極２２０、前記ソース電極２５１、前記ドレイン電極２５２及び前記絶縁層２３０の材料は、実施例１における前記薄膜トランジスタ１０の前記ゲート電極１２０、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記絶縁層１３０の材料と同じである。前記薄膜トランジスタ２０のチャネル２５６及び前記半導体層２４０の形状、面積及び材料は、実施例１の前記チャネル１５６及び前記半導体層１４０の形状、面積及び材料と同じである。
【００３３】
（実施例３）
図６を参照すると、本実施例の圧力センサー１００は、圧力生成ユニット１７０と、実施例１における前記薄膜トランジスタ１０と、を含む。前記圧力生成ユニット１７０は、前記薄膜トランジスタ１０に対して、垂直な圧力を印加する。特に、前記圧力生成ユニット１７０は、前記薄膜トランジスタ１０の絶縁層１３０に垂直な圧力を印加する。
【００３４】
固体、気体又は液体の手段によって、前記圧力生成ユニット１７０は、圧力を生成することができる。固体によって生成される圧力は、指や重い物体で押すことによって得られる圧力であり、気体によって生成される圧力は、気体の圧力の変化によって発生する圧力であり、液体によって生成される圧力は、溶融状態の金属又は流体の流れによって起こる圧力である。前記圧力センサー１００は、給水機又はガス圧力の自動制御システムであることができる。
【００３５】
本実施例において、前記圧力生成ユニット１７０は、流体１７２と、通路１７４と、を含む。前記流体１７２は、前記通路１７４の内壁に接触し、該通路１７４を通じて流れる。前記薄膜トランジスタ１０は、前記圧力生成ユニット１７０の外壁に設置される。図６を参照すると、前記通路１７４における前記流体１７２は方向Ｉに沿って流れ、且つ方向ＩＩに沿って、前記薄膜トランジスタ１０に圧力Ｐを印加する。前記通路１７４は、ポリマーまたは金属材料からなる。例えば、前記ポリマーは、ポリエチレンまたはポリプロピレンであり、前記金属材料は、鋼である。前記ゲート電極１２０の静電容量ＣＯＸと、前記ソース電極１５１から前記チャネルを通して前記ドレイン電極１５２に流れる電流Ｉｄｓの変化は、前記流体１７２からの圧力に関係しており、前記流体１７２で生成した圧力Ｐは、前記ゲート電極１２０の静電容量ＣＯＸ及び前記電流Ｉｄｓによって計算することができる。前記圧力Ｐと前記流体１７２の流速ｖとは次の関係式を満たす。
【００３６】
【数１】
【００３７】
前記ρは、前記流体１７２の密度で、前記ｇは重力加速度で、ｈは前記流体が前記方向ＩＩに沿って圧力をかけた時の高さで、前記Ｃｏｎｓｔは定数である。従って、前記圧力Ｐによって、前記流体１７２の流速を計算することができる。
【００３８】
前記薄膜トランジスタ１０と前記圧力生成ユニット１７０とは絶縁された状態で設置される。更に、前記圧力センサー１００は、封止層１６０を含み、前記圧力生成ユニット１７０、前記封止層１６０及び前記薄膜トランジスタ１０は、積層している。これにより、前記封止層１６０は、前記通路１７４の外壁及び前記ゲート電極１２０の間に設置される。前記封止層１６０は、樹脂またはプラスチック等のフレキシブル電気絶縁材料からなる。本実施例において、前記封止層１６０は、プラスチックからなり、その厚さは２００ｎｍである。
【００３９】
本実施例において、前記薄膜トランジスタ１０は、前記封止層１６０によって、完全に被覆される。前記薄膜トランジスタ１０は、前記通路１７４の内壁に設置されることもできる。この場合、前記薄膜トランジスタ１０の前記絶縁基板１１０は、前記通路１７４の内壁に隣接して設置され、前記封止層１６０によって、前記薄膜トランジスタ１０と前記流体１７２とは電気的に絶縁された状態で設置される。
【００４０】
更に、前記薄膜トランジスタ１０は、センサデータユニットを含む。前記センサデータユニットは、前記薄膜トランジスタ１０に印加する圧力によって、生成した電流の変化から変換された信号を表示することができる。
【００４１】
実施例２の前記薄膜トランジスタ２０は、前記薄膜トランジスタ１０に代わって、前記圧力センサー１００に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０ 薄膜トランジスタ
１００ 圧力センサー
１１０、２１０ 絶縁基板
１３０、２３０ 絶縁層
１４０、２４０ 半導体層
１４２ 高分子基材
１４４ カーボンナノチューブ
１５１、２５１ ソース電極
１５２、２５２ ドレイン電極
１２０、２２０ ゲート電極
１５６、２５６ チャネル
１６０ 封止層
１７０ 圧力生成ユニット
１７２ 流体
１７４ 通路
Ｉ 流体の流れ方向
ＩＩ 圧力方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）は、パネル表示装置に広く応用される。従来の薄膜トランジスタは、主に、ゲート電極、絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を含む。前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、互いに間隔を開けて設置され、前記半導体層と電気的にそれぞれ接続される。前記ゲート電極は、前記絶縁層を通して、前記半導体層と間隔を開けて設置される。また、前記半導体層の、前記ソース電極とドレイン電極との間に位置する領域には、チャネル領域が形成される。
【０００３】
前記薄膜トランジスタのゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は、導電材料からなる。該導電材料は、金属又は合金である。前記ゲート電極に電圧を印加すると、前記絶縁層により該ゲート電極と間隔をあけて設置された前記半導体層におけるチャネル領域に、キャリアを蓄積することができる。該キャリアが所定の程度に蓄積すると、前記半導体層に電気的に接続された前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、電気的に接続されるので、前記ソース電極から前記ドレイン電極に流れる電流が発生する。
【０００４】
しかしながら、前記薄膜トランジスタの複数のパラメータ（例えば、前記ソース電極とドレイン電極との間に生じた電流、ゲート電極の静電容量等）は、固定値であるため、前記複数のパラメータを調整することはできない。従って、前記薄膜トランジスタの応用範囲が制限される。
【０００５】
モス・エフイーティー圧力マイクロセンサ（ＭＯＳ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ）は、圧力によって、該モス・エフイーティー圧力マイクロセンサの上述した複数のパラメータを調整することができることは、非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＹＡＮ Ｈｕａｎｇ −ｐｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＳ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．，２０（５）１９， ２００１
【非特許文献２】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、モス・エフイーティー圧力マイクロセンサは、構造及び製造工程が複雑であり、生産性が低く、コストが高い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、構造及び製造工程が簡単で、感度が高い薄膜トランジスタ及びそれを利用した圧力センサーを提供する。
【０００９】
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
【００１０】
本発明の圧力センサーは、圧力発生ユニットと、薄膜トランジスタと、を含む。前記圧力発生ユニットは、圧力を発生する。前記薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含み、前記圧力を受けるように構成される。前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置される。前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなる。前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置される。
【発明の効果】
【００１１】
従来の技術と比べて、本発明の薄膜トランジスタは、以下の優れた点がある。第一に、構造が簡単であり、該薄膜トランジスタにおける絶縁層の厚さは薄い。第二に、本発明の薄膜トランジスタにおいて、高分子材料で作られた絶縁層の誘電率は大きいので、ゲート電極の静電容量Ｃｏｘは、小さい圧力でもそのゲート電極の静電容量Ｃｏｘは大きく変化し、ソース電極とドレイン電極との間の電流Ｉｄｓも、広範囲に流れることができる。これによって、前記薄膜トランジスタの感度は高くなり、医療機器、レギュレータ、電子機器のキーストローク、流量自動制御、産業用制御装置および監視装置に利用することができる。第三に、本発明の薄膜トランジスタの製造工程において、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が発生しないので、該薄膜トランジスタは、製造工程が簡単で、コストが低い。そのため、大量生産にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタの構造の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタにおける半導体層構造の断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタの作動時における構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る薄膜トランジスタにおけるソース電極とドレイン電極との間に流れる電流と圧力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る薄膜トランジスタの構造の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る薄膜トランジスタを利用した圧力センサーの構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本発明の薄膜トランジスタ１０は、トップゲート型薄膜トランジスタであり、ゲート電極１２０と、絶縁層１３０と、半導体層１４０と、ソース電極１５１と、ドレイン電極１５２と、を含む。前記薄膜トランジスタ１０は、絶縁基板１１０の一つの表面に設置される。前記半導体層１４０は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材１４２及び該高分子基材１４２に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４からなる。
【００１５】
前記半導体層１４０は、前記絶縁基板１１０の一つの表面に設置される。前記ソース電極１５１及びドレイン電極１５２は、間隔をあけて前記半導体層１４０の、前記絶縁基板１１０に隣接する表面とは反対の表面に設置され、前記半導体層１４０と電気的にそれぞれ接続される。前記半導体層１４０は、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の間に位置する一つのチャネル１５６を含む。前記絶縁層１３０は、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記半導体層１４０を、被覆するように設置されている。前記ゲート電極１２０は、前記絶縁層１３０の前記半導体層１４０に接触する表面とは反対の表面に設置され、且つ前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２の間に設置されている。前記ゲート電極１２０は、前記チャネル１５６に対向する、前記絶縁層１３０の、前記半導体層１４０に接触する表面とは反対の表面に設置されることが好ましい。
【００１６】
該絶縁層１３０により、前記ゲート電極１２０を、前記半導体層１４０、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２と絶縁状態にさせる。前記半導体層１４０の、前記ソース電極１５１とドレイン電極１５２との間に位置する領域には、前記チャネル１５６が形成される。
【００１７】
前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２は、前記半導体層１４０の、前記絶縁基板１１０に隣接する表面とは反対の表面に間隔をあけて設置され、且つ前記絶縁層１３０と前記半導体層１４０との間に位置する。前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０が、前記半導体層１４０の同じ側に位置する場合、コープレーナー型薄膜トランジスタ１０を形成する。或いは、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２が、それぞれ前記絶縁基板１１０及び前記半導体層１４０の間に間隔をあけて設置され、前記ソース電極１５１及び前記ドレイン電極１５２と、前記ゲート電極１２０とが、前記半導体層１４０の異なる側に位置する場合は、スタガード型（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ｔｙｐｅ）薄膜トランジスタ１０を形成する。前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２の位置は制限されず、該ソース電極１５１と該ドレイン電極１５２とが間隔をあけて設置され、前記半導体層１４０と電気的に接続することができる。例えば、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２は前記半導体層１４０と同じ平面に設置することができる。
【００１８】
前記絶縁基板１１０の材料は、例えば、シリコン、石英、セラミック、ガラス及びダイヤモンドなどの硬性材料、又は例えば、プラスチック及び樹脂などの柔性材料である。本実施例において、前記絶縁基板１１０の材料は、ガラスであることが好ましい。該絶縁基板１１０は、前記薄膜トランジスタ１０を支持するために用いられる。更に、前記複数の薄膜トランジスタ１０は、前記絶縁基板１１０の一つの表面に設置され、薄膜トランジスタパネル又は薄膜トランジスタ半導体素子に形成されることができる。
【００１９】
前記半導体層１４０は、高分子複合材料層である。前記高分子複合材料層は、高分子基材１４２及び該高分子基材１４２に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４からなる。前記高分子複合材料層の弾性率は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである。例えば、前記高分子複合材料層の弾性率は、１ＭＰａ、３ＭＰａ、５ＭＰａまたは８ＭＰａである。これによって、前記半導体層１４０は、優れたフレキシブル性を有する。前記高分子基材１４２の材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリレート、ポリエステル、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムである。本実施例において、前記高分子基材１４２は、ポリジメチルシロキサンからなり、その弾性率が５００ＫＰａである。
【００２０】
前記高分子複合材料層において、前記複数のカーボンナノチューブ１４４の質量比は、０．１％〜１％である。本実施例において、前記半導体層１４における前記複数のカーボンナノチューブ１４４の質量比は、０．５％である。前記複数のカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ１４２は、半導体型カーボンナノチューブである。
【００２１】
前記半導体層１４０の長さは、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅は１マイクロメートル〜１ミリメートルであり、厚さは０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記チャネル１５６の長さは１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、幅は１マイクロメートル〜１ミリメートルである。本実施例において、前記半導体層１４０の長さは５０マイクロメートルであり、幅は３００マイクロメートルであり、厚さは１マイクロメートルである。前記チャネル１５６の長さは４０マイクロメートルであり、幅は３００マイクロメートルである。
【００２２】
前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０は、導電性フィルムである。前記導電性フィルムの材料は、金属、合金、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電性ポリマー、金属性カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの金属複合材料の一種または多種である。具体的に、前記金属は、アルミ、銅、タングステン、モリブデン、金、セシウム、またはパラジウムである。前記合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、セシウム、パラジウムのうち選択された少なくとも二つの金属からなる。前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０の厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０の間の距離は、１μｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記ゲート電極１２０は、パラジウム薄膜であり、その厚さは、５ｎｍである。
【００２３】
本実施例において、前記半導体層１４０は、積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブからなる。前記積層された複数のカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列している。つまり、前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極１５１からドレイン電極１５２への方向に沿って配列される。
【００２４】
前記絶縁層１３０の材料は、例えば、窒化ケイ素または二酸化ケイ素などの硬性材料、又は例えば、ポリエチレンテレフタレート、ベンゾシクロブテンまたはアクリル樹脂など柔らかな材料である。前記絶縁層１３０の厚さは、０．１ｎｍ〜１０μｍである。本実施例において、前記絶縁層１３０の厚さは、５００ｎｍである。
【００２５】
図３を参照すると、前記薄膜トランジスタ１０を作動させる際は、前記ゲート電極１２０に電圧Ｖｇを印加し、同時に前記ソース電極１５１を接地し、前記ドレイン電極１５２にも電圧Ｖｄｓを印加すると、前記電圧Ｖｇによって、前記半導体層の前記チャネル１５６に電場が発生し、また、前記チャネル領域１５６の表面にはキャリアが生じる。次いで、前記電圧Ｖｇが、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との閾値電圧ＨＴＨまで達すると、前記チャネル１５６は導通し、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間に電流が流れる。前記電流は、前記ソース電極１５１から、前記チャネル１５６を通して、前記ドレイン電極１５２まで流れ、前記薄膜トランジスタ１０を作動させる。
【００２６】
前記薄膜トランジスタ１０を作動させる場合、前記ゲート電極１２０に対して、垂直に、均一な圧力を印加すると、前記半導体層１４０も、垂直に、均一な圧力を受ける。前記圧力は、プレス機械または他の方法によって、印加することができる。前記半導体層１４０は優れたフレキシブル性を有するので、前記半導体層１４０に垂直に、均一な圧力を印加すると、該半導体層１４０の形状を変化させることができる。従って、前記半導体層１４０における複数のカーボンナノチューブの形状も変化させることができる。この場合、前記複数のカーボンナノチューブのバンドギャップが大きくなるので、前記半導体層１４０の半導体性を向上させ、前記薄膜トランジスタ１０のオン／オフの比率が大きくなる。
【００２７】
前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体またはＮ型半導体であることができる。前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体である場合、前記ゲート電極１２０に正電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオフになる。前記ゲート電極１２０に負電圧を印加する場合、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオンになる。即ち、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間において、電流Ｉｄｓが流れる。前記半導体層１４０は、Ｎ型半導体である場合、前記ゲート電極１２０に負電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオフになる。前記ゲート電極１２０に正電圧を印加する場合、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における前記電流Ｉｄｓはオンになる。即ち、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間において、電流Ｉｄｓが流れる。
【００２８】
前記半導体層１４０における前記高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブブ１４４は、酸素ガスを吸収することができるので、Ｐ型半導体の特徴を有することができる。これによって、前記半導体層１４０は、Ｐ型半導体となる。前記半導体層１４０における前記高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブ１４４を化学的にドープすることによって、Ｎ型半導体の特徴を有することもできる。これによって、該半導体層１４０はＮ型半導体となる。例えば、前記複数のカーボンナノチューブをポリエチレンイミン溶液で浸漬させた後、前記高分子基材１４４に分散させることによって、Ｎ型の半導体層１４０を形成することができる。
【００２９】
前記薄膜トランジスタ１０を作動させる場合、半導体層１４０がＰ型半導体であって、前記ゲート電極１２０に正電圧を印加するか、または半導体層１４０がＮ型半導体であって、前記ゲート電極１２０に負電圧を印加すると、前記ソース電極１５１と前記ドレイン電極１５２との間における電流Ｉｄｓは、外力の変化によって変化する。図４は前記電流Ｉｄｓと前記外力との関係図グラフである。前記外力が漸次的に１０５Ｐａから１０７Ｐａまで増加する場合、前記電流Ｉｄｓは、漸次的にゼロまで減少して、該電流Ｉｄｓはオフになる。
【００３０】
（実施例２）
図５を参照すると、実施例１の薄膜トランジスタ１０と比べて、本実施例の薄膜トランジスタ２０のゲート電極２２０は、絶縁基板２１０と絶縁層２３０との間に設置される。具体的には、前記薄膜トランジスタ２０は、絶縁基板２１０と、ゲート電極２２０と、絶縁層２３０と、半導体層２４０と、ソース電極２５１と、ドレイン電極２５２と、を含む。前記ゲート電極２２０は、前記絶縁基板２１０の一つの表面に設置される。前記絶縁層２３０は、前記ゲート電極２２０の、前記絶縁基板２１０の一つの表面に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記半導体層２４０は、前記絶縁層２３０の、前記ゲート電極２２０に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２は、前記半導体層２４０の、前記絶縁層２３０に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２は、前記半導体層２４０にそれぞれ電気的に接続される。前記半導体層２４０において、一つのチャネル２５６を有し、該チャネル２５６が、前記ソース電極２５１及び前記ドレイン電極２５２の間に位置する。
【００３１】
前記薄膜トランジスタ２０を作動させる際に、前記半導体層２４０に圧力を印加すると、前記絶縁層２３０も、その圧力を受けて押される。
【００３２】
本実施例において、前記薄膜トランジスタ２０における前記ゲート電極２２０、前記ソース電極２５１、前記ドレイン電極２５２及び前記絶縁層２３０の材料は、実施例１における前記薄膜トランジスタ１０の前記ゲート電極１２０、前記ソース電極１５１、前記ドレイン電極１５２及び前記絶縁層１３０の材料と同じである。前記薄膜トランジスタ２０のチャネル２５６及び前記半導体層２４０の形状、面積及び材料は、実施例１の前記チャネル１５６及び前記半導体層１４０の形状、面積及び材料と同じである。
【００３３】
（実施例３）
図６を参照すると、本実施例の圧力センサー１００は、圧力生成ユニット１７０と、実施例１における前記薄膜トランジスタ１０と、を含む。前記圧力生成ユニット１７０は、前記薄膜トランジスタ１０に対して、垂直な圧力を印加する。特に、前記圧力生成ユニット１７０は、前記薄膜トランジスタ１０の絶縁層１３０に垂直な圧力を印加する。
【００３４】
固体、気体又は液体の手段によって、前記圧力生成ユニット１７０は、圧力を生成することができる。固体によって生成される圧力は、指や重い物体で押すことによって得られる圧力であり、気体によって生成される圧力は、気体の圧力の変化によって発生する圧力であり、液体によって生成される圧力は、溶融状態の金属又は流体の流れによって起こる圧力である。前記圧力センサー１００は、給水機又はガス圧力の自動制御システムであることができる。
【００３５】
本実施例において、前記圧力生成ユニット１７０は、流体１７２と、通路１７４と、を含む。前記流体１７２は、前記通路１７４の内壁に接触し、該通路１７４を通じて流れる。前記薄膜トランジスタ１０は、前記圧力生成ユニット１７０の外壁に設置される。図６を参照すると、前記通路１７４における前記流体１７２は方向Ｉに沿って流れ、且つ方向ＩＩに沿って、前記薄膜トランジスタ１０に圧力Ｐを印加する。前記通路１７４は、ポリマーまたは金属材料からなる。例えば、前記ポリマーは、ポリエチレンまたはポリプロピレンであり、前記金属材料は、鋼である。前記ゲート電極１２０の静電容量ＣＯＸと、前記ソース電極１５１から前記チャネルを通して前記ドレイン電極１５２に流れる電流Ｉｄｓの変化は、前記流体１７２からの圧力に関係しており、前記流体１７２で生成した圧力Ｐは、前記ゲート電極１２０の静電容量ＣＯＸ及び前記電流Ｉｄｓによって計算することができる。前記圧力Ｐと前記流体１７２の流速ｖとは次の関係式を満たす。
【００３６】
【数１】
【００３７】
前記ρは、前記流体１７２の密度で、前記ｇは重力加速度で、ｈは前記流体が前記方向ＩＩに沿って圧力をかけた時の高さで、前記Ｃｏｎｓｔは定数である。従って、前記圧力Ｐによって、前記流体１７２の流速を計算することができる。
【００３８】
前記薄膜トランジスタ１０と前記圧力生成ユニット１７０とは絶縁された状態で設置される。更に、前記圧力センサー１００は、封止層１６０を含み、前記圧力生成ユニット１７０、前記封止層１６０及び前記薄膜トランジスタ１０は、積層している。これにより、前記封止層１６０は、前記通路１７４の外壁及び前記ゲート電極１２０の間に設置される。前記封止層１６０は、樹脂またはプラスチック等のフレキシブル電気絶縁材料からなる。本実施例において、前記封止層１６０は、プラスチックからなり、その厚さは２００ｎｍである。
【００３９】
本実施例において、前記薄膜トランジスタ１０は、前記封止層１６０によって、完全に被覆される。前記薄膜トランジスタ１０は、前記通路１７４の内壁に設置されることもできる。この場合、前記薄膜トランジスタ１０の前記絶縁基板１１０は、前記通路１７４の内壁に隣接して設置され、前記封止層１６０によって、前記薄膜トランジスタ１０と前記流体１７２とは電気的に絶縁された状態で設置される。
【００４０】
更に、前記薄膜トランジスタ１０は、センサデータユニットを含む。前記センサデータユニットは、前記薄膜トランジスタ１０に印加する圧力によって、生成した電流の変化から変換された信号を表示することができる。
【００４１】
実施例２の前記薄膜トランジスタ２０は、前記薄膜トランジスタ１０に代わって、前記圧力センサー１００に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０ 薄膜トランジスタ
１００ 圧力センサー
１１０、２１０ 絶縁基板
１３０、２３０ 絶縁層
１４０、２４０ 半導体層
１４２ 高分子基材
１４４ カーボンナノチューブ
１５１、２５１ ソース電極
１５２、２５２ ドレイン電極
１２０、２２０ ゲート電極
１５６、２５６ チャネル
１６０ 封止層
１７０ 圧力生成ユニット
１７２ 流体
１７４ 通路
Ｉ 流体の流れ方向
ＩＩ 圧力方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む薄膜トランジスタにおいて、
前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置され、
前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続され、
前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層であり、
前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなり、
前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
圧力発生ユニットと、薄膜トランジスタと、を含み、
前記圧力発生ユニットは、圧力を発生し、
前記薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含み、前記圧力を受けるように構成され、
前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置され、
前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続され、
前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層であり、
前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなり、
前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されることを特徴とする圧力センサー。
【請求項１】
ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含む薄膜トランジスタにおいて、
前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置され、
前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続され、
前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層であり、
前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなり、
前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
圧力発生ユニットと、薄膜トランジスタと、を含み、
前記圧力発生ユニットは、圧力を発生し、
前記薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、絶縁層と、を含み、前記圧力を受けるように構成され、
前記ソース電極は、前記ドレイン電極と間隔をあけて設置され、
前記半導体層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極にそれぞれ電気的に接続され、
前記半導体層は、弾性率が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａである高分子複合材料層であり、
前記高分子複合材料層は、高分子基材及び該高分子基材に分散された複数のカーボンナノチューブからなり、
前記ゲート電極は、前記絶縁層により、前記半導体層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と絶縁状態で設置されることを特徴とする圧力センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１６７７８（Ｐ２０１３−１６７７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５６９０６（Ｐ２０１２−５６９０６）
【出願日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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