专利名称：电子功能材料的取向处理方法和薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及使有机半导体和纳米管等电子功能材料取向的取向处理方法、和具有利用该取向处理方法形成的半导体层的薄膜晶体管。
背景技术：
近年来，使用由有机半导体等构成的有机类的电子功能材料，不用准备使用硅的高温工艺中所必需的高成本的设备，能够通过在室温或接近室温的低温下的工艺来实现薄膜器件等。作为这样的薄膜器件，可举出利用由呈现半导体性质的有机化合物构成的有机半导体的有机半导体薄膜晶体管(有机TFT)、有机电致发光元件(有机EL)等。另外，作为形成上述薄膜器件等的基板，如果使用有机械挠性、具有柔韧性质的塑料基板或树脂薄膜等，则有能够实现薄式(sheet-like)或纸页式(paper-like)的显示器或电子装置等的可能性。
作为现有的有机类的电子功能材料技术之一，已知有由聚噻吩类等高分子类有机半导体材料等、尤其是除去分子性晶体以外的有机化合物构成的有机半导体。但是，其只具有0.003～0.01cm2/Vs的依然较低的载流子迁移率，并不实用。另外，在并五苯(pentacene)等低分子类有机半导体材料等中，得到约0.3cm2/Vs的载流子迁移率，但为了实现将这些有机半导体至少作为半导体层使用的薄膜晶体管，还需要进一步提高其载流子迁移率。
另一方面，由纳米结构构成的纳米管(NT)、尤其是作为由碳(C)制成的无机类的电子功能材料的碳纳米管(CNT)，导电性非常良好、机械强度高、化学和热性能也非常稳定，最近正在进行大量的研究。碳纳米管具有纳米级的极小的直径和微米级的长度，长径比非常大，无限地接近于理想的一维系统。这种碳纳米管，利用分子结构的对称性，根据直径和螺旋度，被制成具有高导电率的金属性的材料和具有与直径成反比例的大小的带隙的、具有半导体性的性质的材料。通常，碳纳米管在其合成时，被制成例如以约1∶2等的比例含有上述金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管的碳纳米管混合物。因此，在使用碳纳米管作为上述薄膜晶体管的半导体层的情况下，需要使用半导体性的碳纳米管。使用该半导体性的碳纳米管作为半导体层形成的薄膜晶体管，沟道的载流子迁移率大，可得到1000～1500cm2/Vs的非常高的载流子迁移率。
作为使用具有上述那样的高载流子迁移率的半导体性的碳纳米管的现有的技术，已报导了配置直径约为1.6nm的碳纳米管、形成厚度约为1.6nm的半导体层的纳米管型的薄膜晶体管的研究(例如，参照非专利文献1)。
图7是概念地表示使用碳纳米管作为半导体层的现有的薄膜晶体管的结构的截面图。
如图7所示，在该现有的薄膜晶体管60中，在兼作栅极的掺杂的硅基板61上，形成由氧化硅构成的厚度为140nm的栅绝缘膜62，另外，由金(Au)构成的源极64和漏极65相对地配置在栅绝缘膜62上。然后，在栅绝缘膜62上，以横跨源极64和漏极65的方式配置有碳纳米管63作为半导体层。该碳纳米管63是直径为1.6nm的半导体性的材料，其通过操作原子力显微镜(AFM)的操纵器(manipulator)来配置。这样，该薄膜晶体管60将作为无机类的电子功能材料的碳纳米管63作为半导体层使用。
另外，已知有使碳纳米管取向的其它的现有技术(例如，参照专利文献1)。在该其它的现有技术中，将聚烯烃或聚酯等高分子与碳纳米管混合，将混合物拉伸，使碳纳米管取向，由此强化该高分子材料。
非专利文献1Ph.Avouris等，Applied Surface Science 141(1999)p.201-209专利文献1特表2002-544356号公报发明内容但是，如非专利文献1的薄膜晶体管63那样，在形状极小的TFT上，通过操作原子力显微镜的操纵器，使作为无机类的电子功能材料的纳米结构的碳纳米管排列并固定，在制造工艺上实际上是困难的。另外，在塑料基板那样柔韧的挠性基板上，难以进行形成由纳米管构成的半导体层的工序。
作为电子功能材料的取向处理方法，这样利用原子力显微镜等取向操作装置，使大致一维形状的碳纳米管的分子在基板上一根一根地排列的取向处理方法，在制造上并不实用。
另外，即使使用专利文献1的现有技术，将作为电子功能材料的碳纳米管和高分子材料等取向材料混合，利用取向处理使该高分子材料取向，由此使作为电子功能材料的纳米管取向，也存在作为取向材料的高分子材料作为残渣残留在碳纳米管分子之间，作为电子功能材料的特性降低的问题。
本发明是鉴于上述问题而做出的。为了解决该问题，需要利用简单的取向处理方法，使作为电子功能材料的有机半导体和纳米管等的分子按照规定的方向取向排列，并且引出并提高该电子功能材料的本来的特性，由此使电子或空穴的流动更平滑，从而进一步提高载流子迁移率等电气特性。
因此，本发明的目的在于，提供将电子功能材料分子和基体材料分子混合并使其更良好地取向，并且除去使电子功能材料取向的基体材料分子，由此使特性进一步提高的电子功能材料的简单的取向处理方法；利用该取向处理方法使特性提高的电子功能材料薄膜及其制造方法；以及将该电子功能材料薄膜作为半导体层利用的薄膜晶体管及其制造方法。
为了达到该目的，本发明的电子功能材料的取向处理方法具有准备电子功能材料和用于使上述电子功能材料取向的基体材料的混合材料的混合材料准备工序；使上述混合材料取向的取向处理工序；和将上述已取向的上述混合材料中的上述基体材料除去的基体材料除去工序。由此，使电子功能材料的分子更良好地取向，并且将该电子功能材料分子之间存在的基体材料分子除去，由此能够容易地使电子功能材料本来具有的特性进一步提高。
上述电子功能材料可以包含有机半导体化合物。
上述电子功能材料可以包含纳米管。
上述混合材料准备工序可以包括形成含有上述混合材料的混合材料层的混合材料层形成工序。
在上述取向处理工序中，可以通过拉伸、剪切变形和液晶取向中的至少一种方法，使上述混合材料取向。
在上述基体材料除去工序中，可以通过加热和蚀刻中的至少一种方法，除去上述基体材料。
上述基体材料可以包含进行紫外线曝光或照射电子束后，通过加热，单体化、升华，从而显影的热显影型的抗蚀剂材料。
上述基体材料可以包含感光性的聚苯二醛(polyphthalaldehyde)类材料。
另外，本发明的电子功能材料薄膜的制造方法，使用第一方面所述的电子功能材料的取向处理方法，形成电子功能材料薄膜。
另外，本发明的薄膜晶体管的制造方法，使用第九方面所述的电子功能材料薄膜的制造方法，形成构成半导体层的上述电子功能材料薄膜。
另外，本发明的电子功能材料薄膜是利用第九方面所述的电子功能材料薄膜的制造方法获得的。由此，能够保持电子功能材料的本来的特性。
另外，本发明的薄膜晶体管，半导体层由第十一方面所述的电子功能材料薄膜构成。由此，半导体层能够保持电子功能材料本来的特性。
参照附图，根据以下的优选实施方式的详细说明，本发明的上述目的、其它目的、特征、和优点将变得明显。
本发明具有以上说明的结构，将起到能够提供使特性进一步提高的电子功能材料的简单的取向处理方法、利用该取向处理方法使特性提高的电子功能材料薄膜及其制造方法、以及将该电子功能材料薄膜作为半导体层利用的薄膜晶体管及其制造方法的效果。
图1是表示本发明的电子功能材料的取向处理方法的过程的流程图。
图2是示意性地表示使用本发明的实施方式1的电子功能材料薄膜的半导体器件的结构的截面图。
图3(a)～图3(d)是按照不同的工序、概念地表示本发明的实施方式1的电子功能材料薄膜的制造方法的截面图。
图4(a)～图4(d)是按照不同的工序、概念地表示本发明的实施方式2的电子功能材料薄膜的制造方法的截面图。
图5(a)和图5(b)是概念地表示本发明的实施方式3的薄膜晶体管的制造方法的截面图。
图6是概念地表示本发明的实施方式4的图像显示装置的结构的平面图。
图7是概念地表示将碳纳米管作为半导体层使用的现有的薄膜晶体管的结构的截面图。
符号说明1、11 电子功能材料薄膜2、61 基板3、13 混合材料层4 基体材料5 有机半导体化合物6、7 电极9 辊涂机(roll coater)15碳纳米管材料20、60薄膜晶体管21有机半导体层23、62栅绝缘膜25栅极26、64源极27、65漏极51图像显示装置52塑料基板53行电极54列电极
55交叉点56a、56b 驱动电路57控制电路58显示器面板63半导体性的碳纳米管201 半导体器件具体实施方式
以下，使用
本发明的优选的实施方式。此外，在以下说明的附图中，相同或相当的要素标以相同的编号，省略其说明。
首先说明本发明的概念。
图1是表示本发明的电子功能材料的取向处理方法的过程的流程图。
在此，举由电子功能材料构成的薄膜(以下称为电子功能材料薄膜)的制造方法中的电子功能材料的取向处理方法为例来说明。
如图1所示，在该电子功能材料的取向处理方法中，首先，进行混合材料准备工序(步骤S1)。在该混合材料准备工序中，将电子功能材料和用于使电子功能材料取向的基体材料混合，准备混合材料。或者准备将电子功能材料和基体材料预先混合的混合材料(以下，仅称为混合材料)。此时，为了容易混合这些材料，可以与水或有机溶剂等溶剂混合。
在此，所谓电子功能材料，是指利用电流或电场的作用，能够表现出有用的功能的材料。作为这样的电子功能材料，可以使用有机材料类的有机半导体化合物、无机材料类的纳米管等能够良好地输送电子或空穴的电子功能材料。另外，也可以使用将有机材料类的有机半导体化合物和无机材料类的纳米管混合的复合类电子功能材料等。
另外，基体材料是使与该基体材料混合的电子功能材料按照规定的方向取向时所必需的材料，使电子功能材料的分子大致呈矩阵地缠绕配置并排列。另一方面，该基体材料如果残留，则会降低电子功能材料薄膜的特性。
接着，在混合材料层形成工序中，利用印刷、旋涂(spin coat)、射出、注入、喷墨、喷涂等方法，将如上所述准备的混合材料涂敷在例如基板上，形成含有混合材料的混合材料层。
接着，进行取向处理工序(步骤S2)。在该取向处理工序中，通过取向处理，使在混合材料准备工序中形成的混合材料层，沿着规定的大致一定的方向取向。在该混合材料层是与基板分离的树脂薄膜的情形时，使该混合材料层拉伸，即，使混合材料层中的基体材料分子沿着大致一定的方向在平面内拉伸。由此，混合材料层内部的电子功能材料的分子与已取向的基体材料的分子并列地大致沿着规定的方向取向(排列)。另外，在混合材料层形成于基板上并密合在基板上的情况下，例如可以使用辊涂机等，一边施加剪切变形，一边使其取向。另外，在混合材料层呈液体状的情况下，通过液晶取向处理，形成混合材料层，同时使其取向。在该液晶取向处理的情况下，使用液晶材料作为基体材料，在基板表面上形成例如聚酰亚胺取向膜之类的取向膜，必需事先对其进行取向处理。
接着，实施基体材料除去工序(步骤S3)。在该基体材料除去工序中，将在取向处理工序中进行了取向处理的混合材料层中的至少基体材料除去。具体地说，利用对混合材料层进行加热(烘焙)或蚀刻等方法，使基体材料升华或溶解从而除去。在对基体材料进行加热、使其升华的情况下，必须是能够热显影的基体材料。另外，在将基体材料蚀刻并溶解除去的情况下，需要能够将基体材料溶解除去的显影液。由此，虽然基体材料使电子功能材料取向，但为了确保电子功能材料薄膜的特性，可以将作为不需要的材料的基体材料从混合材料层中除去。
经过以上的工序，将基体材料除去，形成使电子功能材料沿着规定的方向取向的电子功能材料薄膜(步骤S4)。
此外，在图1的电子功能材料的取向处理方法中，可以改变各工序的顺序或时间序列，而且，除此以外可以添加需要的工序。
根据以上说明的本发明的电子功能材料的取向方法，通过利用基体材料使包含有机半导体和纳米管等的电子功能材料的分子更良好地取向、并且将已取向的电子功能材料分子之间存在的基体材料分子除去的简单的方法，能够几乎不损害作为电子功能材料的特性而容易地得到的电子功能材料薄膜。
接下来，依次说明将本发明具体化的实施方式。
(实施方式1)图2是示意性地表示使用本发明的实施方式1的电子功能材料薄膜的半导体器件的结构的截面图。
如图2所示，该半导体器件201具有基板2。在基板2上有间隔地相对形成有一对电极6、7，以覆盖一对电极6、7和一对电极6、7之间的基板2的表面的方式，形成有电子功能材料薄膜1。本实施方式的电子功能材料薄膜1实质上由已取向的有机半导体化合物5构成。在此，有机半导体化合物5例如由后述的并五苯构成。
接着，说明如上所述构成的电子功能材料薄膜1的制造方法。
图3(a)～图3(d)是按照不同的工序、概念地表示本发明的实施方式1的电子功能材料薄膜的制造方法的截面图。
在图1中，首先，在混合材料准备工序中，将作为电子功能材料的有机半导体化合物并五苯和基体材料以约1∶1的混合比进行混合，准备有机半导体化合物和基体材料的混合材料。具体地说，例如，作为并五苯，使用在下述化学式(以下称为化学式1)中，具有取代烷基，优选至少具有n＝1～5的取代烷基，并溶解在有机溶剂中的物质。
基体材料为在环己酮中添加下述化学式(以下称为化学式2)表示的聚苯二醛类的抗蚀剂材料PCPA(R＝Cl)或PBPA(R＝Br)、和为了具有感光性而添加几％的例如下述化学式(以下称为化学式3)表示的作为光引发剂的三苯基硫六氟锑酸盐并混合形成的物质。除了该添加剂以外，根据需要，还可以混合增感剂等。另外，为了容易将材料混合，根据需要，可以添加其它的有机溶剂。
[化学式3]Ph3SSbF6在图3(a)中，作为混合材料层形成工序，利用旋涂等方法将在混合材料准备工序中准备的混合材料，在有间隔地相对形成有一对电极6、7的基板2上，涂敷约1μm的厚度，然后，在约100摄氏度下对该基板2进行预烘焙，使有机溶剂蒸发，形成含有基体材料4和有机半导体化合物5的混合材料层3。
接着，在图3(b)中，作为取向处理工序，利用辊涂机9对混合材料层3施加剪切应力(切变)，使其沿规定的方向发生剪切变形。于是，如图3(b)所示，由化学式2所示的聚苯二醛类抗蚀剂材料构成的基体材料4的分子，被沿着规定的方向拉伸并取向(排列)，同时，被基体材料4的已取向的分子包围的、由化学式1所示的并五苯构成的有机半导体化合物5，也与基体材料4的分子大致并列地(沿着)在规定的方向取向(排列)。
接着，在图3(c)中，作为基体材料除去工序，向已取向的混合材料层3照射波长254nm、0.38mJ/m2的强度较弱的紫外线(UV)，将该混合材料层曝光。或者，也可以照射相同水平的电子束能量来代替紫外线。此外，作为基体材料4，在本实施方式中，使用在紫外线照射下不发生自显影的材料，但即使发生若干自显影也没关系。
此后，在图3(d)中，在约160摄氏度下对已进行紫外线照射的混合材料层3(正确地说是基板2)进行加热烘焙2分钟。于是，混合材料层3中的由已取向的聚苯二醛类抗蚀剂材料构成的基体材料4，通过这样照射紫外线并且加热，发生单体化，返回单体醛，由此，产生从基板2升华挥发的热显影。由此，虽然基体材料使有机半导体化合物5取向，但为了保持作为膜的特性，作为不需要的材料的基体材料4被从混合材料层3中除去，在基板2上留下沿规定的方向取向的有机半导体化合物5。由此，形成由该有机半导体化合物5的有机半导体层构成的电子功能材料薄膜1。在此情况下，沿规定的方向取向的有机半导体化合物5的分子，通过加热烘焙，互相被紧密地填塞，厚度约为0.5μm，牢固地形成几乎全由并五苯构成的作为有机半导体膜的电子功能材料薄膜1。
接着，说明如以上那样构成、制造的电子功能材料薄膜1的特性。
本申请发明人利用现有的方法，使用并五苯有机半导体化合物，制造了取向度低、残留有残渣的状态的电子功能材料薄膜作为比较例1，将它与本实施方式的电子功能材料薄膜1进行了比较。在该比较中，使两者的截面积大致相同，并且使电极间的距离相同，测定了电导率。其结果，本实施方式的电子功能材料薄膜1的电导率大约为比较例1的10倍。因此，比较例1的载流子迁移率约为0.1cm2/Vs，所以可推测出本实施方式的电子功能材料薄膜1的载流子迁移率达到了约1cm2/Vs的高值。这是与使该有机半导体化合物5的分子在分子水平上良好地取向从而提高电荷输送状态的材料大致相同水平的高特性。
如以上说明，本实施方式的电子功能材料薄膜1通过使有机半导体化合物5的分子更良好地取向、并且将该有机半导体化合物5的分子之间存在的不需要的基体材料4的分子除去而形成，所以作为使用该电子功能材料的半导体层，具有高的特性。
另外，根据本实施方式的电子功能材料薄膜的制造方法，由于使用通过加热烘焙能够升华除去的热显影型的抗蚀剂材料作为基体材料、进行干式蚀刻，所以，基板上残留的作为电子功能材料的有机半导体化合物5的分子的取向性几乎不会杂乱，能够得到具有良好特性的半导体层。
此外，在上述说明中，由于基体材料4通过单体化、升华挥发而被从基板2上除去，所以优选显影装置预先带有将被除去的基体材料4的分子除掉的功能。
另外，在上述说明中，作为基体材料4，以通过添加光引发剂而具有感光性的聚苯二醛类材料为例进行了说明，但基体材料4只要是热显影型、通过加热发生单体化并升华型的感光性抗蚀剂材料即可，优选由大致呈棒状的化合物分子构成的升华性的热显影型感光性抗蚀剂材料。
另外，在以上说明中，作为基体材料4，使用了由紫外线照射进行的曝光后、通过加热烘焙能够热显影的材料，但由于在聚苯二醛中添加鎓盐的抗蚀剂等在室温下是引起解聚的材料，所以由紫外线照射进行曝光后、不进行加热烘焙就能够显影的这些自显影抗蚀剂，也同样可以作为基体材料4使用。
另外，在上述说明中，有机半导体化合物5和基体材料4的混合比例约为1∶1，但也可以是对应于期望的特性的其它混合比例。
另外，对混合材料层3进行紫外线照射的条件和进行加热的条件不限于上述的条件，只要是对上述的材料适合的条件即可。
另外，在上述说明中，使用并五苯作为有机半导体化合物5，但也可以是并四苯、噻吩低聚物衍生物、亚苯基衍生物、酞菁化合物、聚乙炔衍生物、聚噻吩衍生物、花青色素等有机半导体化合物，而且不限于这些材料。
另外，在上述说明中，使用有机材料类的有机半导体化合物5作为电子功能材料，但也可以使用将有机材料类的有机半导体化合物和无机材料类的纳米管混合形成的复合类电子功能材料等。
另外，在混合材料准备工序中的混合材料层形成工序中，将准备的混合材料进行旋涂，形成混合材料层3，但也可以利用印刷、射出、注入、喷墨、喷涂等涂敷方法，形成混合材料层3。
另外，在上述说明中，利用辊涂机9使基板2上形成的混合材料层3发生剪切变形，从而使基体材料4取向，但也可以将混合材料层3从基板2剥离，通过用大致一定的力在水平方向上互相沿着相反方向拉伸该剥离的混合材料层3的两端，从而使基体材料4拉伸并取向。
(实施方式2)图4(a)～图4(d)是按照不同的工序、概念地表示本发明的实施方式2的电子功能材料薄膜的制造方法的截面图。
如图4(d)所示，在本实施方式的电子功能材料薄膜11中，电子功能材料由碳纳米管材料构成。其它方面与实施方式2相同。
具体地说，碳纳米管为半导体性的碳纳米管，长度约1～3μm，直径为1～5nm，选自混合类的碳纳米管材料。此外，使用的碳纳米管也可以是该形态范围以外的碳纳米管。
接着，说明本实施方式的电子功能材料薄膜11的制造方法。
在图4(a)中，作为混合材料准备工序，准备将半导体性的碳纳米管材料15、和添加化学式3所示的光引发剂而具有感光性的由化学式2所示的聚苯二醛类的抗蚀剂材料构成的基体材料4以约0.5∶1的混合比进行混合形成的混合材料。如果需要，也可以混合有机溶剂。
接着，在混合材料层形成工序中，在有间隔地相对形成电极6、7的基板2上，利用旋涂等方法，将混合材料涂敷约0.5μm的厚度，在约100摄氏度下进行预烘焙，形成混合材料层13。
在图4(b)中，作为取向处理工序，利用辊涂机9对混合材料层13施加剪切应力(切变)，使其沿规定的方向发生剪切变形。于是，由化学式2所示的聚苯二醛类抗蚀剂材料构成的基体材料4的分子，被沿着规定的方向拉伸并取向，同时，被基体材料4的已取向的分子包围的、半导体性的碳纳米管材料15，也与基体材料4的分子大致并列地在规定的方向上取向。
在图4(c)中，作为基体材料除去工序，向已取向的混合材料层13照射波长254nm、0.38mJ/m2的强度较弱的紫外线(UV)，将混合材料层13曝光。
接着，在图4(d)中，在约160摄氏度下对已进行紫外线照射的混合材料层13进行加热烘焙2分钟。于是，混合材料层13中的由已取向的聚苯二醛类抗蚀剂材料构成的基体材料4，通过这样照射紫外线并且加热，发生单体化，返回单体醛，由此，产生从基板2升华挥发的热显影。由此，虽然基体材料使碳纳米管材料15取向，但为了保持作为膜的特性，作为不需要的材料的基体材料4被从混合材料层13中除去，在基板2上留下沿规定的方向取向的碳纳米管材料15。由此，形成由该碳纳米管材料15的无机半导体层构成的电子功能材料薄膜11。在此情况下，沿规定的方向取向的碳纳米管材料15的分子，通过加热烘焙，被紧密地填塞，形成具有良好特性的作为纳米管半导体层的电子功能材料薄膜11。
接着，说明如以上那样构成、制造的电子功能材料薄膜11的特性。
本申请发明人利用现有的方法，使用半导体性的碳纳米管，制造了取向度低、残留有残渣的状态的电子功能材料薄膜作为比较例2，将它与本实施方式的电子功能材料薄膜11进行了比较。在该比较中，使两者的截面积大致相同，并且使电极间的距离相同，测定了电导率。其结果，本实施方式的电子功能材料薄膜11的电导率大约为比较例2的5倍。因此，比较例2的载流子迁移率约为200cm2/Vs，所以可推测出本实施方式的电子功能材料薄膜11的载流子迁移率达到了约1000cm2/Vs的高值。这是与使该半导体性的碳纳米管取向从而提高电荷输送状态的材料大致相同水平的高特性。
如以上说明，在本实施方式的电子功能材料薄膜11中，使半导体性的碳纳米管15的分子更良好地取向、并且将该半导体性的碳纳米管15的分子之间存在的不需要的基体材料4的分子除去，所以利用半导体性的碳纳米管形成的本发明的电子功能材料薄膜，作为使用该电子功能材料的半导体层，具有高的特性。
此外，在上述说明中，碳纳米管材料15和基体材料4的混合比例约为0.5∶1，但也可以是对应于期望的特性的其它混合比例。
另外，对混合材料层13进行紫外线照射的条件和进行加热的条件，只要是对材料适合的条件即可。
另外，作为基体材料4，也可以使用能够用蚀刻显影液进行显影的蚀刻显影型的感光性抗蚀剂。在此情况下，可利用蚀刻显影液将基体材料4溶解除去。
另外，在上述说明中，使用无机材料类的碳纳米管作为电子功能材料11，但也可以使用其它无机材料类半导体材料作为电子功能材料11。
另外，作为电子功能材料11，也可以使用将有机材料类的有机半导体化合物和无机材料类的纳米管混合形成的复合类电子功能材料等。
(实施方式3)
实施方式1、2的电子功能材料薄膜中，使构成该电子功能材料薄膜的有机半导体化合物或纳米管等电子功能材料的分子良好地紧密地取向，从而使其填充密度提高，由此能够提高电子功能材料分子间的电子接合点密度，能够进一步提高电子功能材料薄膜的电导率和载流子迁移率。其结果，能够作为具有优异的电气特性的电子功能材料薄膜的导电性薄膜或半导体层使用，能够用于薄膜晶体管、微小电路器件和高性能电子器件零部件的制作。
本发明的实施方式3举出将其中的实施方式1的电子功能材料薄膜1作为半导体层使用的薄膜晶体管为例进行说明。
图5(a)和图5(b)是概念地表示本实施方式的薄膜晶体管的制造方法的截面图。
如图5(b)所示，本实施方式的薄膜晶体管20具有基板2。在基板2上形成有由金等构成的栅电极25。然后，形成由氧化硅等构成的栅绝缘膜23，覆盖栅电极25和形成栅电极25的部分以外的基板2的表面。在栅绝缘膜23上，分别形成由金构成的源极16和漏极27，在平面图中源极和漏极位于栅电极25的两侧。然后，形成有机半导体层21，覆盖源极16和漏极27之间的栅绝缘膜23、以及该源极16和漏极27。该有机半导体层21由实施方式1的电子功能材料薄膜1构成。
接下来，说明如上所述构成的薄膜晶体管20的制造方法。
在图5(a)中，首先，在基板2上，利用薄膜制作技术、光刻技术、剥离(lift-off)技术等，由金等电极材料在底部形成图案，从而形成栅电极25。接着，形成由氧化硅等构成的栅绝缘膜23，覆盖栅电极25。接着，在栅绝缘膜23上，以在平面图中夹住栅电极25相对的方式，形成由金等电极材料构成的图案，从而形成源极26、漏极27。
接下来，按照以下方法，在栅绝缘膜23上形成作为实施方式2中说明的电子功能材料薄膜1的有机半导体层21，覆盖源极26、漏极27，由此得到图5(b)所示的底栅型的薄膜晶体管20。为了简化，保护膜等未图示。
在图5(a)中，与实施方式1同样地形成作为半导体层的由电子功能材料薄膜1构成的有机半导体层21。
即，将以下的混合材料涂敷在源极26和漏极27之间的栅绝缘膜23的表面、以及源极26和漏极27的至少一部分上。
混合材料是将作为电子功能材料的由化学式1所示的并五苯构成的有机半导体化合物5、和添加几％化学式3所示的光引发剂而具有感光性的由化学式2所示的聚苯二醛类的抗蚀剂材料构成的基体材料4，按照约1∶1的混合比进行混合形成的材料。然后，利用旋涂、印刷、喷墨等涂敷方法，将基体材料4和有机半导体化合物5的混合材料，横跨源极26和漏极27的至少一部分，在栅绝缘膜23的表面上涂敷约1μm的厚度，然后，在约100摄氏度下进行预烘焙，形成混合材料层3。接着，利用辊涂机(未图示)等沿规定的方向、例如连接源极26和漏极27的方向，对该混合材料层3施加剪切应力，使其剪切变形。然后，如图5(a)所示，向混合材料层3照射紫外线。
接着，在图5(b)中，在约160摄氏度下加热烘焙2分钟。于是，混合材料层3中的已取向的基体材料4，通过紫外线照射、加热，发生单体化，返回单体，通过热显影进行升华挥发，被从混合材料层3中除去。即，通过该基体材料除去工序，基体材料4虽然使有机半导体化合物5取向，但作为保持有机半导体层21的特性所不需要的材料被除去。
由此，沿规定的方向取向的有机半导体化合物5的分子层残留在栅绝缘膜23、源极26、和栅极27上，它构成作为电子功能材料薄膜11的有机半导体层21。这样，制作出具有该有机半导体层21作为半导体层的薄膜晶体管20。
在该薄膜晶体管20中，使有机半导体化合物5的分子良好地取向，以提高电荷输送的性能，并且将存在于已取向的有机半导体化合物5的分子之间的不需要的基体材料4的分子除去，形成有机半导体层21。这样形成的有机半导体层21，作为有机半导体材料本来具有的特性进一步提高，具有作为半导体层的高的特性。
实验结果表明本实施方式的薄膜晶体管20的导通电流是由使用相同特性的有机半导体材料、利用现有技术形成的、取向度低且残留有残渣的有机半导体层构成的薄膜晶体管的导通电流的大约10倍。(请加以确认)因此，由于由现有的有机半导体层构成的薄膜晶体管的沟道的载流子迁移率约为0.1cm2/Vs，所以推测本实施方式的薄膜晶体管20的沟道的载流子迁移率达到了约1cm2/Vs的高值。
如以上说明，根据本实施方式3，薄膜晶体管20的半导体层21是使形成该半导体层的电子功能材料薄膜1的内部的电子功能材料分子良好地紧密地取向以提高其填充密度、并且将电子功能材料分子之间存在的不需要的基体材料4的分子除去从而形成的，所以具有充分地保持作为电子功能材料的本来特性的、沟道的高载流子迁移率。因此，本实施方式的薄膜晶体管20可以适用于微小的电路器件和高性能电子器件等，可以作为具备具有优异特性的半导体层的薄膜晶体管来利用。
接着，说明本实施方式的变形例。
在本变形例的薄膜晶体管中，将液晶性有机半导体化合物、例如4’-正戊基-4-氰基联苯5CB和半导体性的纳米管、例如碳纳米管混合，形成混合层3。然后，为了使该混合层3中的液晶性有机半导体化合物沿规定的方向取向，在源极26和漏极27之间的栅绝缘膜23、以及源极26和漏极27上形成例如聚酰亚胺取向膜。该聚酰亚胺取向膜被取向处理，按照该取向处理，纳米管也与液晶性有机化合物一起取向。然后，该混合层3在1.013kPa(0.01气压)左右的减压下，快速加热到250℃，5CB挥发，只有纳米管大致保持取向状态、残留在混合层3中。由该残留的半导体性纳米管，构成薄膜晶体管的半导体层。
此外，在上述说明中，用实施方式1的电子功能材料薄膜1构成薄膜晶体管20的半导体层，但也可以用实施方式2的电子功能材料薄膜11来构成该半导体层。
另外，也可以形成将有机半导体化合物和半导体性的碳纳米管复合形成的复合类半导体层，作为电子功能材料利用。
另外，在上述的说明中，作为基体材料4，使用添加光引发剂而具有感光性的聚苯二醛类材料，但只要是热显影型、通过加热发生单体化并升华型的感光性抗蚀剂材料即可。
另外，使用热显影型、通过加热发生单体化并升华型的感光性抗蚀剂材料作为基体材料4，但也可以使用能够用蚀刻显影液进行显影的蚀刻显影型的感光性抗蚀剂作为基体材料4。在此情况下，可利用蚀刻溶液将基体材料4溶解除去。
另外，有机半导体化合物5和基体材料4的混合比例约为1∶1，但也可以是对应于期望的特性的其它混合比例。另外，对混合材料进行紫外线照射的条件和进行加热的条件，只要是对材料适合的条件即可。
另外，在上述的说明中，说明了将本发明应用于将栅电极设置在基板上的底部(bottom)的底栅型的薄膜晶体管的情况，但在将栅电极设置在栅绝缘膜上、即设置在基板上的顶部(top)的顶栅型的薄膜晶体管中，与上述同样，也能应用本发明。
另外，在本发明的实施方式的薄膜晶体管中，作为栅极、源极、漏极的材料，只要具有导电性、不与基板和半导体反应，就能够使用。例如，除了使用掺杂硅，金、银、铂、铂(platina)、钯等贵金属，和锂、铯、钙、镁等碱金属或者碱土类金属以外，还可以使用铜、镍、铝、钛、钼等金属或者它们的合金。另外，也可以使用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙烯(polyphenylenevinylene)等导电性的有机物。特别地，栅极即使比其它电极的电阻大，也能够动作，所以，为了容易制造，也可以使用与源极和漏极不同的材料来形成栅极。
另外，作为栅绝缘膜，只要具有电绝缘性并且不与基板、电极、半导体反应，就能够使用。另外，作为基板，除了前面举出的柔软的基板以外，可以使用在硅上形成有通常的硅氧化膜的基板，也可以使用该硅氧化膜作为栅绝缘膜。氧化膜形成后，再设置树脂等的薄层，作为栅绝缘膜发挥作用。另外，也可以将由与基板和电极不同的元素构成的化合物，通过CVD、蒸镀、溅射等进行堆积，或者作为溶液进行涂敷、喷涂、电解而使其附着等，从而形成栅绝缘膜。另外，为了降低薄膜晶体管的栅压，使用介电常数高的物质作为栅绝缘膜的材料已为人所知，可以使用强介电性化合物或者不是强电介质但介电常数大的化合物作为栅绝缘膜的材料。另外，不限于无机物，也可以使用聚偏二氟乙烯类和聚偏二氰乙烯类等介电常数大的有机物作为栅绝缘膜的材料。
另外，在将来，纳米管有可能能够使用由碳以外的材料构成的纳米管。
(实施方式4)
本发明的电子功能材料薄膜和薄膜晶体管，在薄膜形成或半导体层的形成中，由于可以使用现有的低温的薄膜形成技术，除了可以使用能够挠性弯曲的塑料板和薄玻璃基板以外，也可以使用厚度薄的聚酰亚胺薄膜等具有柔韧的性质的树脂薄膜等的基板。例如，可使用由聚乙烯薄膜、聚苯乙烯(polystyrene)薄膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等构成的基板。由此，可以用于以塑料或树脂薄膜作为基板的、柔韧性(挠性)的纸页式显示器或薄式显示器等。
本发明的实施方式4举出使用本发明的电子功能材料薄膜和薄膜晶体管的纸页式(薄式)的图像显示装置为例进行说明。
图6是概念地表示本发明的实施方式4的图像显示装置的结构的平面图。
在图6中，有源矩阵型的图像显示装置51具有塑料基板52。在该塑料基板52上，以在平面图中交叉(实际上立体交叉)的方式形成有多条行电极53和多条列电极54。以规定的间隙与塑料基板52相对地配置显示面板58，在其间隙中，装入例如光功能材料(透射和遮挡光、或者发光和停止发光的材料)。在平面图中，由行电极53和列电极54划分成矩阵状的区域构成像素。在行电极53和列电极54的交叉点55附近，配置有由微小的薄膜晶体管(未图示)构成的开关元件，该薄膜晶体管由实施方式3的薄膜晶体管构成。行电极53和列电极54分别与驱动电路56a、56b连接，驱动电路56a、56b由控制电路(控制器)57进行控制。
在该图像显示装置51中，由控制电路57进行控制，驱动电路56a、56b根据图像信号，向行电极53和列电极54施加电压，各像素的光功能材料根据该电压进行动作，在显示面板58的画面上显示与图像信号对应的图像。此时，通过与各像素对应的开关元件依次接通/断开(ON/OFF)，对全部像素依次扫描，显示图像。
在此，在本实施方式中，开关元件由本发明的薄膜晶体管构成，所以能够以良好的特性将图像信号接通/断开(ON/OFF)。另外，能够实现作为使用柔韧的基板的高精细的图像显示装置的、可重写的纸页式电子显示器和薄式显示器。另外，作为包含电子功能材料薄膜和薄膜晶体管的半导体电路装置，通过构成显示面板58的周围的驱动电路56a、56b和控制电路57，可以一体地制作显示面板58和这些电路56a、56b、57，所以能够得到柔韧的可重写的纸页式电子显示器和薄式显示器等图像显示装置。
具体地说，图像显示装置51由基于液晶显示方式、有机EL方式、电致变色显示方式(ECD)、电解析出方式、电子粉流体方式和干涉型调制(MEMS)方式等的图像显示装置构成。
此外，含有本发明的电子功能材料薄膜和薄膜晶体管的半导体电路装置可以用于便携式设备、无线IC标签(RFID标签)等一次性设备、或其它的电子设备、机器人、超小型医疗器械、和其它产业领域。
根据上述说明，对本领域技术人员来说，本发明的多种改良和其它的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应理解为只是举例说明，是为了向本领域技术人员示范实施本发明的最佳方式而提供的。不脱离本发明的精神，可以实质性地改变其结构和/或功能的详情。
产业上的可利用性本发明的电子功能材料的取向处理方法，作为能够容易地得到几乎不损害电子功能材料的特性、具有良好的载流子迁移率的电子功能材料薄膜等的电子功能材料的取向处理方法是有用的。
本发明的电子功能材料薄膜的制造方法，作为几乎不损害电子功能材料的特性、具有良好的载流子迁移率的电子功能材料薄膜的制造方法是有用的。
本发明的薄膜晶体管的制造方法，作为将几乎不损害电子功能材料的特性、具有良好的载流子迁移率的电子功能材料薄膜作为半导体层使用的薄膜晶体管的制造方法是有用的。
本发明的电子功能材料薄膜，被用于电子设备等，作为柔软并且具有良好的载流子迁移率的薄膜是有用的。
本发明的薄膜晶体管，被用于纸页式或片状的图像显示装置等，作为具有良好的载流子迁移率的薄膜晶体管是有用的。
权利要求
1.一种电子功能材料的取向处理方法，其特征在于，具有准备电子功能材料和用于使所述电子功能材料取向的基体材料的混合材料的混合材料准备工序；使所述混合材料取向的取向处理工序；和将所述已取向的所述混合材料中的所述基体材料除去的基体材料除去工序。
2.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于所述电子功能材料包含有机半导体化合物。
3.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于所述电子功能材料包含纳米管。
4.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于所述混合材料准备工序包括形成含有所述混合材料的混合材料层的混合材料层形成工序。
5.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于在所述取向处理工序中，通过拉伸、剪切变形和液晶取向中的至少一种方法，使所述混合材料取向。
6.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于在所述基体材料除去工序中，通过加热和蚀刻中的至少一种方法，除去所述基体材料。
7.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于所述基体材料包含进行紫外线曝光或照射电子束后，通过加热，单体化、升华从而显影的热显影型的抗蚀剂材料。
8.如权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，其特征在于所述基体材料包含感光性的聚苯二醛类材料。
9.一种电子功能材料薄膜的制造方法，其特征在于使用权利要求1所述的电子功能材料的取向处理方法，形成电子功能材料薄膜。
10.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于利用权利要求9所述的电子功能材料薄膜的制造方法，形成构成半导体层的所述电子功能材料薄膜。
11.一种电子功能材料薄膜，其特征在于利用权利要求9所述的电子功能材料薄膜的制造方法获得。
12.一种薄膜晶体管，其特征在于半导体层由权利要求11所述的电子功能材料薄膜构成。
全文摘要
本发明的电子功能材料的取向处理方法具有准备电子功能材料和用于使上述电子功能材料取向的基体材料的混合材料的混合材料准备工序(步骤S1)；使上述混合材料取向的取向处理工序(步骤S2)；和将上述已取向的上述混合材料中的上述基体材料除去的基体材料除去工序(步骤S3)。
文档编号B82B3/00GK1879235SQ20048003306
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月9日 优先权日2003年11月10日
发明者脇田尚英 申请人:松下电器产业株式会社