导电性薄膜和薄膜晶体管的制作方法

专利名称：导电性薄膜和薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使纳米管或有机半导体化合物取向而形成的导电性薄膜和一种将该导电性薄膜作为半导体层使用的薄膜晶体管。
背景技术：
平板显示器等中使用的薄膜晶体管(TFT)构成为在构成该薄膜晶体管的半导体层的一个面上配置源电极和漏电极，在另一个面的相对于沟道近似中央的位置配置栅电极。
通常，具有上述结构的薄膜晶体管的半导体层，由薄膜控制工艺对在基板上形成的半导体薄膜进行精密地控制加工而形成。在此，通过该薄膜控制工艺形成的薄膜晶体管的半导体层，要求具有用于构成半导体装置的优异的载流子迁移率。所以，在以往的薄膜晶体管中，作为用于形成半导体层的半导体材料，优选使用具有优异的载流子迁移率的硅和锗等无机半导体。
另一方面，近年来，随着PDA等便携式信息终端设备的普及，希望有高精密、薄片式(sheet-like)或纸页式(paper-like)的廉价的显示器和超小型的廉价的电子设备等。另外，为了满足这些要求，需要实现具有柔韧性的廉价的电极和配线、具有柔韧性的微小并且廉价的薄膜晶体管。另外，为了形成这些具有柔韧性并且廉价的电极和薄膜晶体管等，需要通过廉价的方法使导体层和半导体层具有柔韧性。因此，需要能够廉价地使导体层和半导体层等具有柔韧性的导体材料和半导体材料，来代替上述的无机半导体。
但是，近年来，作为用于形成电极或配线等的导体层的导体材料和用于形成薄膜晶体管或有机电场发光元件(有机EL)等的半导体装置的半导体层的半导体材料，由噻吩、并五苯等有机半导体化合物构成的有机电子功能材料受到关注。
这种有机电子功能材料具有能够在室温或者接近室温的温度下堆积的特征。所以，通过使用这种有机电子功能材料，能够利用低温加工形成导体层、半导体层。因此，与使用硅、锗等无机半导体的情况相比，不需要准备用于使用无机半导体的情况下所必需的高温加工的昂贵的制造设备，能够利用用于低温加工的比较廉价的制造设备，形成导体层、半导体层。即，能够廉价地形成导体层、半导体层。
另外，这种有机电子功能材料，通常具有柔韧性。所以，通过使用这种有机电子功能材料，可以使导体层、半导体层具有柔韧性。因此，通过在具有柔韧性的塑料基板、树脂薄膜的表面上使用电子功能材料形成导体层、半导体层，能够容易地制造具有柔韧性的电极和薄膜晶体管等。这样，通过使用具有柔韧性的电极、薄膜晶体管等，能够容易地构成薄式或纸页式的显示器和电子装置等。
作为将有机电子功能材料用于半导体层的薄膜晶体管，例如，已知有将作为有机半导体化合物的低聚噻吩用于半导体层的薄膜晶体管。这种薄膜晶体管具有使作为有机半导体化合物的低聚噻吩蒸镀在基板上或者将低聚噻吩溶解在有机溶剂中形成的溶液涂敷在基板上从而使低聚噻吩堆积在基板上而形成的低聚噻吩的薄膜，作为半导体层。但是，在这种众所周知的薄膜晶体管中，半导体层仅通过蒸镀或堆积低聚噻吩而形成，低聚噻吩没有被取向排列，所以沟道的载流子迁移率与使用硅等的情况相比显著偏低。例如，仅仅蒸镀或堆积该低聚噻吩而形成半导体层的薄膜晶体管的载流子迁移率大约为0.001cm2/Vs(例如，参照专利文献1)。
这样使用有机电子功能材料的导体层或半导体层，存在该导体层或半导体层的载流子迁移率与使用无机半导体时的载流子迁移率相比显著偏低的问题。具体地说，硅的载流子迁移率在单结晶中为103cm2/Vs左右，在多结晶中为102cm2/Vs左右，在非结晶中为1cm2/Vs左右，而在上述的使用低聚噻吩等有机电子功能材料时的载流子迁移率为0.001～0.01cm2/Vs左右。
使用有机电子功能材料形成的导体层或半导体层的载流子迁移率，与使用无机半导体时的载流子迁移率相比，显著偏低，是因为在仅仅蒸镀或堆积有机电子功能材料而形成的导体层或半导体层中，该导体层或半导体层的内部的有机电子功能材料的分子轴杂乱地排列，所以在多个有机电子功能材料之间不能平滑地产生电荷移动，由此导电率降低。所以，在以往的技术中，难以利用有机电子功能材料形成电极或配线等的导体层、薄膜晶体管或有机电场发光元件等半导体装置的半导体层、尤其是高精密的图像显示装置和高速LSI等的半导体层。
所以，一直以来，为了改善使用有机电子功能材料的导体层和半导体层的载流子迁移率，进行了各种研究。
例如，有报导使用含有并五苯等的结晶性的低分子类有机电子功能材料作为有机电子功能材料，通过蒸镀技术使该低分子类有机电子功能材料取向排列，由此形成半导体层的薄膜晶体管(例如，参照非专利文献1)。
在将该低分子类的有机电子功能材料取向排列而形成半导体层的薄膜晶体管中，将作为有机半导体化合物的并五苯蒸镀在基板上，由此形成薄膜晶体管的半导体层。在此，以蒸镀速率为1/s的比率将并五苯蒸镀在温度为室温(27℃)的基板的表面上。通过该蒸镀，使并五苯分子沿基板的法线方向近似排列，从而产生晶界少的薄膜相。已有报导，通过该结构，使用半导体层的载流子迁移率约为0.6cm2/Vs的有机电子功能材料形成半导体层时，得到了载流子迁移率的值比较高的薄膜晶体管。
另外，作为其它的技术，公开了半导体层由在侧链导入液晶性取代基的有机半导体聚合物构成、该有机半导体聚合物的骨架链的方向被沿着规定的方向排列的薄膜晶体管(例如，参照专利文献2)。
在这种使用在侧链上导入液晶性取代基的有机半导体聚合物形成半导体层的薄膜晶体管中，使用在噻吩的3位或者4位上导入苯基环己烷(PCH)类的液晶性取代基的聚噻吩衍生物的液晶相作为半导体层。而且，已公开了通过液晶相的液晶性取代基的取向而使噻吩聚合物的主链方向取向，从而得到沟道的迁移率为6×10-5cm2/Vs的薄膜晶体管。
图19是示意性地表示上述专利文献2所示的薄膜晶体管的截面结构的截面图。
根据文献2，如图19所示，在薄膜晶体管100中，在形成有栅电极103的绝缘性基板101上，隔着栅绝缘膜102形成有机半导体膜106。另外，在绝缘性基板101与有机半导体膜106之间，按照与有机半导体膜106直接连接的方式形成源电极104和漏电极105。利用催化聚合法将PCH类液晶化合物(PCH504)-噻吩聚合，将该聚合物溶解在氯仿溶剂中以显示液晶相，利用浇注法、以1μm的膜厚将其涂敷在栅绝缘膜102、源电极104和漏电极105各自的上部，从而形成有机半导体膜106。于是，在横跨源电极104和漏电极105的范围内，形成进行了取向处理控制的有机半导体膜106。在该有机半导体膜106中，可以使构成有机半导体膜106的有机半导体聚合物中被导入的液晶性取代基沿着与摩擦方向平行的方向取向。此时，有机半导体聚合物的骨架链中，由于制作出的有机半导体膜106的膜厚薄，所以相对于作为侧链的液晶性取代基沿某个一定的方向排列。即，在该薄膜晶体管100中，通过利用取向处理来控制液晶性取代基的排列方向，从而控制有机半导体聚合物的骨架链的排列方向。
另一方面，近年来，作为用于形成导体层和半导体层的半导体材料，由纳米结构构成的纳米管(NT)、尤其是作为由碳(C)构成的无机化合物的碳纳米管(CNT)也受到关注。
由于纳米管(NT)或碳纳米管(CNT)的导电性非常良好、机械强度高、而且化学和热特性都非常稳定，所以最近对其进行了很多研究。
碳纳米管具有纳米级的极小直径和微米级的长度，长径比(aspectratio)非常大，无限地接近于理想的一维系统。作为这种碳纳米管，利用分子结构的对称性，根据直径和螺旋度，制成具备具有高导电率的金属性或者具有与直径成反比例的大小的带隙的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的比例含有具有金属性的碳纳米管和具有半导体性的碳纳米管的碳纳米管混合物。在此，具有金属性的碳纳米管，由于具有高导电率，所以有可以作为良好的配线材料或作为其它的微小形状的装置的导电性部件使用的可能性。另外，使用碳纳米管作为薄膜晶体管的半导体层的情况下，需要使用具有半导体性的碳纳米管。在这种情况下，使用具有半导体性的碳纳米管形成半导体层的薄膜晶体管中，沟道的载流子迁移率非常大，能够得到1000～1500cm2/Vs的非常高的载流子迁移率。
作为使用碳纳米管形成半导体层的薄膜晶体管，已报导有将直径约为1.4nm的碳纳米管以适度的分散密度进行分散配置、形成厚度约为1.4nm的半导体层的纳米管型的薄膜晶体管(例如，参照非专利文献2)。
图18是示意性地表示将碳纳米管用于半导体层的薄膜晶体管的结构的截面图。
根据非专利文献2，如图18所示，在薄膜晶体管200中，在兼作栅电极的p+硅基板201的上部，形成由热氧化硅构成的厚度为150nm的栅绝缘膜202，将直径为1.4nm的半导体类碳纳米管以适度的分散密度分散配置在该栅绝缘膜202上，形成厚度为1.4nm的半导体层203。另外，在半导体层203的表面上蒸镀钛(Ti)或钴(Co)金属，进一步在与碳纳米管的接点部206和207的上部，形成由碳化钛或钴构成的源电极204和漏电极205。由此构成薄膜晶体管200。根据该结构，得到沟道的载流子迁移率足够大、具有良好的电气特性的纳米管型的薄膜晶体管。
专利文献1特开2000-029403号公报专利文献2特开平09-083040号公报非专利文献1C.D.Dimitrakopoulos、以及另一位IBM J.RES.&DEV.VOL.45 NO.1 JAN.2001 pp19非专利文献2Phaedon Avouris、Chem.phys.281，pp.429-455(2002)，Fig.6“Carbon nanotube electronics”发明内容但是，上述的使用有机电子功能材料构成导体层或半导体层的提案，在与以往的未使有机电子功能材料取向排列的半导体层相比时，虽然发现载流子迁移率有一些改善，但是有机电子功能材料的取向度依然较低，所以，与使用硅等无机半导体构成半导体层的情况相比时，半导体层的载流子迁移率依然较低。即，为了使用有机电子功能材料形成半导体装置和配线等，需要一边保持有机电子功能材料的特性，一边进一步提高取向度以改善电子和空穴的流动性，由此进一步提高半导体层的载流子迁移率或导体层的导电率。另外，为了提供与在不久的将来需要的、更高性能并且微小的半导体装置中的应用相对应的导体层和半导体层，需要进一步提高有机电子功能材料的取向度、进一步改善载流子迁移率。
另外，在非专利文献1所示的提案中，为了使作为低分子类的有机半导体化合物的并五苯在基板上取向排列，蒸镀形成半导体层，但实际上难以得到大面积的并五苯晶体。另外，在具有柔韧性的基板上形成接近单晶体的并五苯晶体作为半导体层的薄膜晶体管，存在半导体层因该处理而被破坏、半导体层中产生缺陷的问题。另外，由于形成半导体层时的并五苯的蒸镀速率小，制造时间变长、蒸镀装置的价格高，所以存在薄膜晶体管的制造成本升高的问题。
另外，在专利文献2所示的提案中，使用导入了液晶性取代基的聚噻吩衍生物的液晶性聚合物，在液晶相中，通过液晶性取代基取向，使聚噻吩衍生物的主链取向，形成半导体层。但是，在该提案中，由于使对电荷移动没有贡献的PCH类液晶化合物与载流子迁移率的值低的聚噻吩衍生物进行化学结合、作为侧链，可以用简单的方法形成有机电子功能材料取向的半导体层，但是从电荷移动的角度看，没有带来好的影响，难以充分改善沟道的载流子迁移率。
另一方面，在非专利文献2所示的使用纳米管构成导体层和半导体层的提案中，使用载流子迁移率的值大的纳米管，将该纳米管以适当的分散密度进行分散配置，形成半导体层。但是，在该提案中，难以按照使分散密度一定的方式将纳米管分散。另外，在形成极小的薄膜晶体管的半导体层时，使具有纳米构造的多根纳米管不重叠地并列排列后、进行固定，在制造工艺上很困难。
另外，将纳米管分散配置而形成的导体层和半导体层，缺乏耐弯曲性。因此，难以在塑料基板那样具有柔韧性的基板上形成仅由纳米管构成的导体层或半导体层。即，这样的结构，难以形成具有柔性的电极和薄膜晶体管等。此外，可以认为，在这种情况下，将载流子迁移率高的纳米管和具有柔韧性的有机化合物混合，准备复合类材料，使用该复合类材料形成导体层或者半导体层，由此可以形成载流子迁移率的值大并且具有柔韧性的电极和薄膜晶体管。但是，由上述复合类材料构成的导体层或半导体层的形成过程中，仅将有机化合物和纳米管混合而形成，近似一维形状的纳米管分子只是相互沿杂乱的方向稀疏地排列，不能得到载流子迁移率高的导体层或半导体层。例如，使用上述复合类材料形成半导体层时的导电率约为10Ω-1cm-1的低值。另外，在这种情况下，已有的取向处理方法，难以使纳米管充分取向。
即，即使做成这样的结构，由于纳米管分子的混合填充密度和纳米管分子间的电子接合点密度低，所以难以提高导体层和半导体层的导电率和载流子迁移率。
本发明是鉴于上述问题而作出的，目的在于提供一种利用简单的方法使纳米管或有机电子功能材料高度地取向而形成的、廉价并且具有柔韧性的、载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜以及一种使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
为了解决上述课题，需要利用简单的方法，使具有高载流子迁移率和导电率的纳米管和有机化合物的分子沿着规定的方向进一步提高取向度，以使其紧密并且良好地取向。由此，使纳米管的混合填充密度和纳米管分子间的电子接合点密度进一步提高，从而能够使电子和空穴的流动更加平滑。
而且，为了解决上述课题，本发明的导电性薄膜是将具有导电性或半导电性的第一材料、和第二材料混合，利用上述混合物的液晶性，使该混合物取向而形成的导电性薄膜。
另外，本发明的导电性薄膜是至少将包含金属性或者半导体性的至少一种的纳米管、和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，从而使上述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述纳米管是碳纳米管。
另外，上述液晶性有机化合物是具有向列型液晶相或层列型液晶相中的至少一种的液晶性有机化合物。
另外，上述液晶性有机化合物是具有电荷输送功能的液晶性有机化合物。
另外，上述液晶性有机化合物是具有1个6π电子芳香族环或者m个10π电子芳香族环或者n个14π电子芳香族环(其中，1+m+n＝1～4，1和n均为0～4的整数)的至少任一个的液晶性有机化合物。
另外，上述液晶性有机化合物是具有2-苯基萘环、联苯环、苯并噻唑环、t-噻吩环中的至少一个，并且具有近似棒状的分子结构的液晶性有机化合物。
另外，本发明的导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述液晶性有机半导体混合物是上述有机半导体化合物和上述有机化合物通过氢键形成的液晶性有机半导体混合物。
另外，上述有机半导体化合物或上述有机化合物的任一化合物是至少具有氮、氧、硫、卤素中的任一元素的化合物，并且上述元素与氢形成氢键。
另外，上述有机半导体化合物或上述有机化合物的至少具有上述元素的化合物，是还具有不饱和键或者苯环中的至少任一个的化合物。
另外，上述有机半导体化合物是含有并苯类、酞菁类、噻吩类中的至少任一类的有机半导体化合物的衍生物。
另外，上述含有并苯类的有机半导体化合物的衍生物是并五苯衍生物。
另外，上述含有酞菁类的有机半导体化合物的衍生物是铜酞菁衍生物。
另外，本发明的导电性薄膜是通过上述液晶性有机半导体混合物的分子的取向而使上述有机半导体化合物的分子取向后，从该液晶性有机半导体混合物中除去上述有机化合物而形成的导电性薄膜。
另外，本发明的导电性薄膜是通过加热或紫外线照射中的至少任一种方法，从上述液晶性有机半导体混合物中除去上述有机化合物而形成的导电性薄膜。
另外，本发明的导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比上述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述第一液晶相为层列型液晶相，并且上述第二液晶相为向列型液晶相。
另外，上述有机半导体化合物为含有低聚合物有机半导体化合物的有机半导体化合物。
另外，上述混合组合物为含有70～98重量％的上述有机半导体化合物的混合组合物。
另外，上述混合组合物为含有90～95重量％的上述有机半导体化合物的混合组合物。
另外，上述有机半导体化合物为含有低聚噻吩衍生物的有机半导体化合物。
另外，本发明的导电性薄膜的制造方法，将具有导电性或半导电性的第一材料和第二材料混合，利用上述混合物的液晶性，使该混合物取向而形成导电性薄膜。
另外，本发明的导电性薄膜的制造方法，至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，使上述纳米管的分子取向而形成导电性薄膜。
另外，使用碳纳米管作为上述纳米管。
另外，使用具有向列型液晶相或层列型液晶相中的至少一种的液晶性有机化合物作为上述液晶性有机化合物。
另外，使用具有电荷输送功能的液晶性有机化合物作为上述液晶性有机化合物。
另外，作为上述液晶性有机化合物，使用具有1个6π电子芳香族环或者m个10π电子芳香族环或者n个14π电子芳香族环(其中，1+m+n＝1～4，1和n均为0～4的整数)的至少任一个的液晶性有机化合物。
另外，作为上述液晶性有机化合物，使用具有2-苯基萘环、联苯环、苯并噻唑环、t-噻吩环中的至少一个，并且具有近似棒状的分子结构的液晶性有机化合物。
另外，本发明的导电性薄膜的制造方法，至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使上述有机半导体化合物的分子取向而形成导电性薄膜。
另外，使用上述有机半导体化合物和上述有机化合物通过氢键形成的液晶性有机半导体混合物作为上述液晶性有机半导体混合物。
另外，使用至少具有氮、氧、硫、卤素中的任一元素的化合物作为上述有机半导体化合物或上述有机化合物的任一化合物，并且使上述元素与氢形成氢键。
另外，作为上述有机半导体化合物或上述有机化合物的至少具有上述元素的化合物，使用还具有不饱和键或者苯环中的至少任一个的化合物。
另外，作为上述有机半导体化合物，使用含有并苯类、酞菁类、噻吩类中的至少任一类的有机半导体化合物的衍生物。
另外，使用并五苯衍生物作为上述含有并苯类的有机半导体化合物的衍生物。
另外，使用铜酞菁衍生物作为上述含有酞菁类的有机半导体化合物的衍生物。
另外，通过上述液晶性有机半导体混合物的分子的取向而使上述有机半导体化合物的分子取向后，从该液晶性有机半导体混合物中除去上述有机化合物而形成。
另外，通过加热或紫外线照射中的至少任一种方法，从上述液晶性有机半导体混合物中除去上述有机化合物而形成。
另外，至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比上述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向而形成导电性薄膜。
另外，使用层列型液晶相作为上述第一液晶相，并且使用向列型液晶相作为上述第二液晶相。
另外，使用含有低聚合物有机半导体化合物的有机半导体化合物作为上述有机半导体化合物。
另外，作为上述混合组合物，使用含有70～98重量％的上述有机半导体化合物的混合组合物。
另外，作为上述混合组合物，使用含有90～95重量％的上述有机半导体化合物的混合组合物。
另外，作为上述有机半导体化合物，使用含有低聚噻吩衍生物的有机半导体化合物。
另外，本发明的薄膜晶体管是具有第一方面所述的导电性薄膜作为构成沟道层(channel layer)的半导体层的薄膜晶体管。
另外，上述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，从而使上述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比上述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，本发明的薄膜晶体管的制造方法包含第二十三方面所述的导电性薄膜的制造方法作为构成沟道层的半导体层的导电性薄膜的制造方法。
另外，上述导电性薄膜的制造方法是由至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，从而使上述纳米管的分子取向的工序构成的导电性薄膜的制造方法。
另外，上述导电性薄膜的制造方法是由至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使上述有机半导体化合物的分子取向的工序构成的导电性薄膜的制造方法。
另外，上述导电性薄膜的制造方法包含下述工序至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向。
另外，本发明的图像显示装置是具有权利要求1所述的导电性薄膜作为导体层或者构成薄膜晶体管的沟道层的半导体层中的至少一个的图像显示装置。
另外，上述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，从而使上述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比上述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，本发明的电子装置是具有权利要求1所述的导电性薄膜作为导体层或者构成薄膜晶体管的沟道层的半导体层中的至少一个的电子装置。
另外，上述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使上述液晶性有机化合物的分子取向，从而使上述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
另外，上述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于上述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比上述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使上述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使上述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
本发明通过以上说明的解决方法实施，能够提供一种通过简单的方法使纳米管或有机电子功能材料高度地取向而形成的、廉价并且具有柔韧性的、载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜以及一种使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
另外，根据由将纳米管和液晶性有机化合物混合形成的复合类材料构成导电性薄膜的方式，因为利用液晶性有机化合物高度取向、使纳米管高度取向，所以，能够通过简单的方法制造载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
另外，根据由使非液晶性的有机电子功能材料和非液晶性的有机化合物形成氢键而得到的液晶性有机电子功能材料构成导电性薄膜的方式，利用以往的取向技术，使液晶性有机电子功能材料高度取向，所以，能够通过简单的方法制造载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
另外，根据上述使用液晶性有机电子功能材料的方式，使液晶性有机电子功能材料高度取向后，可以切断氢键而除去非液晶性的有机化合物，所以，能够通过简单的方法制造充分发挥出有机电子功能材料本来具有的高载流子迁移率的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
另外，根据由将在高温下具有秩序高的第一液晶相或者潜在的秩序高的第一液晶相的有机电子功能材料和显示秩序低的第二液晶相的有机化合物混合形成的混合组合物构成导电性薄膜的方式，通过使秩序低的第二液晶相显现而使有机电子功能材料沿规定的方向取向，所以，能够通过简单的方法制造载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。
这样，通过实施本发明，能够提供廉价并且具有柔韧性的、载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管，所以能够提供廉价并且高性能以及高精密的图像显示装置、超小型的半导体电路装置和超小型的电子装置。


图1是示意性地表示本发明的实施方式1的导电性薄膜的制造工序的一部分的截面图。
图2是示意性地表示使用本发明的实施方式2的导电性薄膜作为半导体层的复合类半导体层的制造工序的一部分的截面图。
图3是示意性地表示本发明的实施方式3的薄膜晶体管的结构的截面图。
图4是示意性地表示将本发明的实施方式3的栅电极设置在基板上或者底部(bottom)上的底栅(bottom gate)型的薄膜晶体管的结构的截面图。
图5是示意性地表示利用含有本发明的薄膜晶体管的半导体电路装置的图像显示装置的结构的一个例子的结构图。
图6是表示作为2-苯基萘衍生物的分子化合物的8-PNP-O4的结构的结构图。
图7是示意性地说明本发明的实施方式4的导电性薄膜的制造工序的截面图。
图8是示意性地表示本发明的实施方式4的其它的导电性薄膜的结构的截面图。
图9是示意性地表示本发明的实施方式5的薄膜晶体管的结构的截面图。
图10是示意性地表示本发明的实施方式5的薄膜晶体管的制造工序的截面图。
图11(a)是表示含有非液晶性的并五苯衍生物的有机半导体化合物材料的结构的结构图，图11(b)是表示非液晶性的有机化合物材料的结构的结构图，图11(c)是表示并五苯衍生物和苯甲酸衍生物形成氢键的状态的结构图，图11(d)是表示具有超分子结构的液晶性有机半导体混合物的结构的结构图。
图12是示意性地表示本发明的实施方式6的薄膜晶体管的制造工序的截面图。
图13是表示本发明的实施方式6的有机半导体化合物和有机化合物的混合组合物的相图的概念图。
图14是示意性地表示本发明的实施方式7的薄膜晶体管的结构的截面图。
图15是示意性地表示本发明的实施方式7的薄膜晶体管的制造工序的截面图。
图16是表示低聚噻吩衍生物的结构的结构图。
图17是表示与低聚噻吩衍生物混合的有机化合物材料的结构的结构图，图17(a)和(b)表示氰基联苯类的有机化合物材料的结构，图17(c)表示氰基三联苯类(联苯类)的有机化合物材料的结构。
图18是示意性地表示在半导体层中使用碳纳米管的以往的薄膜晶体管的结构的截面图。
图19是示意性地表示半导体层由在侧链上导入了液晶性取代基的有机半导体聚合物构成的以往的薄膜晶体管的截面结构的截面图。
符号说明1 导电性薄膜2 基板3、4电极5 碳纳米管6 液晶性有机化合物7 复合类化合物8 辊式涂布机(roll coater)9 栅绝缘膜10 半导体层
11 源电极12 漏电极13 碳纳米管14 复合类化合物15 复合类半导体层16 液晶性有机半导体化合物17 栅电极18a、18b薄膜晶体管19 图像显示装置20 塑料基板21、22 电极23 交叉点24a、24b驱动电路25 控制装置26 显示板27 液晶性有机半导体化合物28 导电性薄膜29 导电性薄膜30 薄膜晶体管31 半导体层32 滴嘴33 混合组合物层34 向列相35 导电性薄膜36 半导体层37 薄膜晶体管38 混合组合物层39 向列相100 薄膜晶体管101 绝缘性基板102 栅绝缘膜
103 栅电极104 源电极105 漏电极106 有机半导体膜200 薄膜晶体管201 p+硅基板202 栅绝缘层203 半导体层204 源电极205 漏电极206、207接点部具体实施方式
以下，参照附图，对实施本发明的最佳方式进行详细说明。此外，在以下的说明中所参照的附图，对于相同的构成要素加注相同的符号。另外，在本发明中，“导电性薄膜”包含构成电极和配线等的薄膜状的导体、和构成薄膜晶体管和有机电场发光元件的薄膜状的半导体。
(实施方式1)在本发明的实施方式1～3中，对于使用碳纳米管作为导体材料或半导体材料，将该碳纳米管和液晶性有机化合物混合从而构成复合类材料，利用该复合类材料的液晶性有机化合物具有的良好的取向性，使碳纳米管的分子良好地并且紧密地取向而形成的、导电率和载流子迁移率进一步提高的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管的方式进行说明。
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的导电性薄膜的制造工序的一部分的截面图。
在图1中，如下所述制造导电性薄膜1。即，在图1(a)中，在由薄玻璃板或塑料基板等构成的具有柔性的基板2的表面上，隔着约5μm的间隙设置有由金等材料构成的相对的2个电极3和4。然后，将后述的金属性的碳纳米管5和液晶性有机化合物6混合而制成的复合类化合物7，在该复合类化合物7中的液晶性化合物6为各向同性相的状态下，按照覆盖上述2个相对的电极3和4以及基板2的方式、或者按照至少覆盖上述间隙的方式进行涂敷。此时，如图1(a)所示，金属性的碳纳米管5的分子在各向同性相的液晶有机化合物6的分子间处于杂乱并且疏松地排列的状态。
在本实施方式中，使用例如具有(1～5)×103Ω-1cm-1的高导电率、直径为1～10hm、长度为1～5μm的碳纳米管作为金属性的碳纳米管5。另外，使用的碳纳米管不限于具有上述电气特性和形状的碳纳米管，可以是上述形状和电气特性的范围内的碳纳米管，也可以是上述范围外的碳纳米管。
另外，在本实施方式中，使用具有图6所示的结构的2-苯基萘衍生物的分子化合物8-PNP-O4作为液晶性有机化合物6，该液晶相中，使用作为层列相(smectic phase)的SmA相或者SmE相的状态的液晶相。另外，8-PNP-O4在摄氏129度以上显示各向同性相，在摄氏125度～摄氏129度之间显示SmA相，在摄氏55度～摄氏125度之间显示SmE相。
接下来，在图1(b)所示的状态下，通过使液晶性有机化合物6以各向同性相涂敷的复合类化合物7的温度逐渐降低，将液晶性有机化合物6保持在SmA相、或SmE相的状态。SmA相、SmE相即使在层列相中，也具有可以称为柔韧性结晶的高度的分子取向秩序。于是，如图1(b)所示，涂敷了上述复合类化合物7后，利用辊式涂布机8等，在该复合类化合物7的层上，大致沿一定方向施加切应力(剪切应力)。于是，作为处于分子取向秩序优异的层列相的SmA相或者SmE相的状态下的液晶有机化合物6的8-PNP-O4分子，良好并且均匀地取向。由此，沿着良好取向的8-PNP-O4分子，与其混合的金属性的碳纳米管5在复合类化合物7的内部良好地取向。这样，通过利用液晶性有机化合物6的液晶性来提高分子取向秩序、从而使碳纳米管5紧密地排列取向的简单的方法，形成导电性薄膜1。由此，在复合类化合物7内，金属性的碳纳米管5的分子可以大致在一个方向上整齐排列，使其混合填充密度提高从而更加紧密地取向，由此，可以提高碳纳米管5的分子间的电子接合点密度。
实验的结果表明，利用上述的制作方法，使用将金属性的碳纳米管5和液晶性有机化合物6混合而制成的复合类化合物7，使该复合类化合物7的分子取向秩序提高到以往以上而形成的导电性薄膜1的导电率为非常高的值，约为5×102Ω-1cm-1。此外，与此相对，使用同样的碳纳米管，利用现有技术，使用与上述相同的复合类化合物形成的碳纳米管的取向度低的导电性薄膜的导电率为较低的值，约为10Ω-1cm-1。
如上所述，根据本发明的导电性薄膜，通过使形成该导电性薄膜的复合类化合物中的液晶性有机化合物的分子沿着规定的方向取向，可以使复合类化合物中混合的碳纳米管分子也良好地并且紧密地取向，从而提高其填充密度。因此，由于可以提高碳纳米管分子间的电子接合点密度，所以能够显著地改善导电性薄膜的导电率。而且，通过使用具有该结构的导电性薄膜，能够提供用于实现微小的电路装置和高性能的电子装置等的部件和配线材料的、具有优异特性的低温加工能够采用的有机类的导电性薄膜。
此外，在本实施方式中，对利用作为液晶性有机化合物的2-苯基萘衍生物的层列相的SmA相或者SmE相的方式进行了说明，但是并不限于这种方式，使用SmB相等的液晶相也能够同样地实施。
另外，在本实施方式中，对使用作为2-苯基萘衍生物的8-PNP-O4作为液晶性有机化合物的方式进行了说明，但是并不限于这种方式，也可以是使用8-PNP-O12的SmA相或者SmB相的层列相、或具有5-PNP-O1的向列相的方式。
另外，在本实施方式中，对使用2-苯基萘衍生物作为液晶性有机化合物的方式进行了说明，但是并不限于这种方式，只要是具有分子取向秩序高的向列相或层列相的液晶性有机化合物，使用哪一种液晶性有机化合物都可以。
另外，在本实施方式中，对仅使用金属性的碳纳米管作为纳米管的方式进行了说明，但是并不限于这种方式，例如，也可以使用混合有具有半导体性的纳米管的纳米管。
(实施方式2)图2是示意性地表示使用本发明的实施方式2的导电性薄膜作为半导体层的复合类半导体层的制造工序的一部分的截面图。
在图2中，作为半导体层10的复合类半导体层15，按照以下方法形成。即，利用摩擦法等取向方法沿规定的方向，至少对在形成沟道(图示省略)的部分的表面上形成的聚酰亚胺膜或单分子膜等取向膜(图示省略)进行取向处理，使其覆盖在基板2上相互相对地配置的源电极11和漏电极12的至少一部分和位于它们的间隙中的基板2的上表面。然后，在基板2上涂敷将具有半导体性的碳纳米管13和液晶性有机半导体化合物16混合而准备的复合类化合物14。或者将复合类化合物14注入源电极11、漏电极12和基板2与设置在液晶性有机半导体化合物16的上方的栅绝缘膜9所夹的区域。
在此，在本实施方式中，使用例如载流子迁移率约为1000cm2/Vs、直径为1～5nm、长度约为1μm的碳纳米管作为具有半导体性的碳纳米管13。此外，这些具有半导体性的碳纳米管13是从具有金属性的碳纳米管和具有半导体性的碳纳米管混合形成的混合类的碳纳米管中挑选的碳纳米管。另外，与实施方式1的情况同样地，使用图6所示的作为2-苯基萘衍生物的8-PNP-O4作为液晶性有机半导体化合物，在该液晶相中，利用作为层列相的SmA相或者SmE相的状态的液晶相。
另外，在基板2上涂敷将各向同性相的状态的液晶性有机半导体化合物16和具有半导体性的碳纳米管13混合而制成的复合类化合物14后，通过使该复合类化合物14的温度下降，将液晶性有机半导体化合物16保持在SmA相或者SmE相的状态。
在本实施方式中，至少基板2上形成的取向膜(图示省略)通过摩擦法等取向方法预先沿规定的方向进行取向处理，所以，作为处于分子取向秩序优异的层列相的SmA相或者SmE相的状态的液晶性有机半导体化合物16的8-PNP-O4分子良好地取向。另外，随着该良好地取向的8-PNP-O4分子的取向，与其混合的具有半导体性的碳纳米管13也紧密地排列，使得其分子取向秩序提高。由此，作为半导体层10的复合类半导体层15被适当地形成。
特别地，在本实施方式中，液晶性有机半导体化合物16由具有电荷输送功能的化合物构成。具体地说，由图6所示的8-PNP-O4的SmE相构成的液晶性有机半导体化合物16，就其自身而言，空穴和电子的载流子迁移率均得到10-2cm2/Vs的值。该载流子迁移率的值意味着关于空穴的载流子迁移率是与a-Si:H的值相当的值，而关于电子的载流子迁移率是与除去分子性晶体的有机化合物中的最大值接近的值。这样，在复合类半导体层15内，液晶性有机半导体化合物16良好地取向，同时，具有半导体性的碳纳米管13良好并且紧密地取向，混合填充密度提高，由此能够提高纳米管分子间的电子接合点密度。
实验的结果表明，作为通过上述制作方法形成的、使用具有半导体性的碳纳米管13和液晶性有机半导体化合物16混合而制成的复合类化合物14的、通过简单的方法将分子取向秩序提高到以往以上的半导体层10的复合类半导体层15的载流子迁移率为约350cm2/Vs的高载流子迁移率。此外，与此相对，使用具有同样特性的半导体性的碳纳米管，使用以往的复合类半导体材料，利用现有技术形成的、取向度低的复合类半导体层的载流子迁移率约为0.6cm2/Vs的低值。
(实施方式3)图3是示意性地表示本发明的实施方式3的薄膜晶体管的结构的截面图。
如图3所示，本实施方式的薄膜晶体管18a，在基板2上具有将金等电极材料形成图案而得到的源电极11和漏电极12。另外，在源电极11、漏电极12和后述的栅绝缘膜9之间，具有作为通过后述方法构成的半导体层10的复合类半导体层15。另外，在复合类半导体层15的上表面，具有由氧化硅和聚偏氟乙烯类有机化合物等构成的栅绝缘膜9。另外，在栅绝缘膜9的上部，具有由金等电极材料构成的栅电极17。这些源电极11和漏电极12、栅绝缘膜9、以及栅电极17，通过薄膜制作技术、光刻(photolithography)技术、剥离技术等，分别依次形成图案。这样，如图3所示，构成将栅电极17配置在顶部的顶栅型的薄膜晶体管18a。另外，在图3中，为了简便，没有图示保护膜和用于密封半导体层10的密封膜等结构部件。
在图3中，作为半导体层10的复合类半导体层15，按以下方法形成。即，利用摩擦法等取向方法沿规定的方向，至少对在形成沟道(图示省略)的部分的表面上形成的聚酰亚胺膜或单分子膜等取向膜(图示省略)进行取向处理，使其覆盖在基板2上相互相对地配置的源电极11和漏电极12的至少一部分和位于它们的间隙中的基板2的上表面。然后，在源电极11、漏电极12和基板2的上部，涂敷将具有半导体性的碳纳米管13和液晶性有机半导体化合物16混合而准备的复合类化合物14。另外，以薄膜晶体管18a的沟道(图示省略)的位置作为中央，被源电极11和漏电极12夹着，在半导体层10上设置栅绝缘膜9。然后，将上述复合类化合物14注入基板2与上述栅绝缘膜9之间。
在本实施方式中，例如使用从将金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管混合形成的混合类的碳纳米管中挑选的、载流子迁移率约为1000cm2/Vs、直径为1～5nm、长度约为1μm的碳纳米管，作为具有半导体性的碳纳米管13。
另外，在本实施方式中，与实施方式1的情况相同，使用具有图6所示的结构的2-苯基萘衍生物的分子化合物8-PNP-O4作为液晶性有机半导体化合物16，在该液晶相中，使用作为层列相的SmA相或者SmE相的状态的液晶相。此外，8-PNP-O4在摄氏129度以上显示各向同性相，在摄氏125度～摄氏129度之间显示SmA相，在摄氏55度～摄氏125度之间显示SmE相。
另外，在本实施方式中，将具有各向同性相的状态的液晶性有机半导体化合物16和具有半导体性的碳纳米管13混合，准备复合类化合物14，将该复合类化合物14涂敷在基板2上。然后，通过降低已涂敷的复合类化合物14的温度，将液晶性有机半导体化合物16保持在SmA相或者SmE相的状态。
SmA相或者SmE相即使在层列相中，也具有可以称为柔韧性结晶的高度的分子取向秩序。在本实施方式中，至少基板2上形成的取向膜(图示省略)通过摩擦法等取向方法预先沿规定的方向进行取向处理，所以，作为处于分子取向秩序优异的层列相的SmA相或者SmE相的状态的液晶性有机半导体化合物16的8-PNP-O4分子良好地取向。另外，随着该良好地取向的8-PNP-O4分子的取向，与其混合的具有半导体性的碳纳米管13也紧密并且良好地排列，使得其分子取向秩序提高。由此，在复合类半导体层15内，使作为具有电荷输送功能的化合物的液晶性有机半导体化合物16的分子良好地取向，同时，使具有半导体性的碳纳米管13更良好地、紧密地取向，以使其混合填充密度提高，能够提高纳米管分子间的电子接合点密度从而形成良好的半导体层10。即，作为半导体层10的复合类半导体层15被适当地形成。
实验的结果表明，在具有通过上述制作方法形成的复合类半导体层15的薄膜晶体管18a中，使用将具有半导体性的碳纳米管13和液晶性有机半导体化合物16混合而制成的复合类化合物14，作为通过简单的方法使分子取向秩序提高到以往以上的半导体层10的复合类半导体层15的载流子迁移率为约350cm2/Vs的高载流子迁移率。此外，与此相对，使用具有同样特性的半导体性的碳纳米管，使用以往的复合类半导体材料，通过现有技术形成的、具有取向度低的复合类半导体层的薄膜晶体管的沟道的载流子迁移率约为0.6cm2/Vs的低值。
根据本实施方式所示的方式，由于利用复合类化合物14构成复合类半导体层15，所以，在复合类半导体层15内，使液晶性有机半导体化合物16的分子取向，同时，也可以使混合的具有半导体性的碳纳米管13按照液晶性有机半导体化合物16的取向，更加良好地并且紧密地取向。另外，作为使液晶性有机半导体化合物16取向的方法，可以应用以往使用的取向方法，所以，可以通过简单的方法使碳纳米管13取向。于是，通过简单的方法，使碳纳米管13的填充密度提高，可以提高其分子间的电子接合点密度，所以，可以廉价地提供具有载流子迁移率得到改善的半导体层10的薄膜晶体管18a。另外，由于能够改善半导体层10的载流子迁移率，所以可以将薄膜晶体管18a应用在微小的电路和高性能电子装置等中。
另外，在本实施方式中，使用将液晶性有机半导体化合物16和具有半导体性的碳纳米管13复合形成的复合类半导体层15，所以，与将液晶性有机化合物和碳纳米管混合构成半导体层的情况相比，可以进一步提高薄膜晶体管18a的沟道的载流子迁移率。具体地说，在薄膜晶体管18a的导通动作时，复合类半导体层15中的电流在液晶性有机半导体化合物16和具有半导体性的碳纳米管13中流动。另外，在接近配置的碳纳米管13的分子间，电流在周围的液晶性有机半导体化合物16的分子中流动。所以，通过使用液晶性有机半导体化合物16，与使用液晶性有机化合物的情况相比，可以提供载流子迁移率和导通特性优异的的薄膜晶体管18a。
另外，本发明的实施方式的薄膜晶体管，可以是图3所示的将栅电极17设置在栅绝缘膜9上的基板2的相反侧的顶部的顶栅型薄膜晶体管，或者，也可以是图4所示的与图3的结构不同的结构，即将栅电极17设置在基板2上或者底部的底栅型薄膜晶体管。以下，对本实施方式的底栅型薄膜晶体管进行说明。
图4是示意性地表示将本实施方式的栅电极设置在基板上或者底部的底栅型薄膜晶体管的结构的截面图。
如图4所示，底栅型薄膜晶体管18b与图3所示的顶栅型薄膜晶体管18a相比，栅电极17被配置在基板2的上部。另外，配置有栅绝缘膜9，以覆盖该栅电极17和基板2的露出部分。于是，在该栅绝缘膜9的上部，配置有半导体层10、源电极11和漏电极12。
在形成图4所示的薄膜晶体管18b时，首先，在基板2的上部配置栅电极17后，设置栅绝缘膜9，以覆盖该栅电极17和基板2的露出部分。然后，在该栅绝缘膜9的上部，使源电极11和漏电极12相对配置。接下来，至少在栅绝缘膜9的上部，涂敷含有将具有半导体性的碳纳米管13和液晶性有机半导体化合物16混合形成的混合物的复合类化合物14，以横跨2个相对的源电极11和漏电极12，或者至少覆盖2个相对的源电极11和漏电极12的间隙。然后，例如在液晶性有机半导体化合物16呈现层列相的情况下，利用辊式涂布机(图示省略)等，在其层上大致沿一定方向施加切应力(剪切应力)。由此，在复合类半导体层15内，使液晶性有机半导体化合物16的分子良好地取向，同时，使具有半导体性的碳纳米管13更加良好并且紧密地取向，从而可以提高其混合填充密度。另外，由此可以提高碳纳米管13的分子间的电子接合点密度。这样，通过形成使作为半导体层10的分子取向秩序提高到以往以上的复合类半导体层15，即使在底栅型薄膜晶体管18b中，也可以改善沟道的载流子迁移率。
另外，在本实施方式的薄膜晶体管18a和18b的制作过程中，可以用于栅电极17、源电极11、漏电极12的材料，只要是具有导电性并且不与基板2和半导体层10反应的材料，可以使用任何材料。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，除此之外，也可以使用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙烯(polyphenylenevinylene)等导电性的有机化合物。特别地，对于栅电极17，即使栅电极17的电阻比其它的电极(源电极11和漏电极12)的电阻大，薄膜晶体管18a和18b也能够动作，所以，为了容易制造，也能够使用与源电极11和漏电极12不同的材料作为栅电极17的材料。这些电极材料不是特别必需的，但能够适用于在室温或者接近室温的温度下覆盖形成的室温加工。
另外，作为上述栅绝缘膜9的材料，只要是具有电绝缘性并且与基板2和各电极以及半导体层10不反应的材料，能够使用任何材料。另外，作为基板2和栅绝缘膜9的形式，可以采用在硅上形成通常的硅氧化膜后、将其作为栅绝缘膜使用的形式，或者，也可以采用在氧化膜形成后、设置树脂等的薄层作为栅绝缘膜发挥作用的形式。另外，栅绝缘膜9也可以将由与基板2和各电极不同的元素构成的化合物通过CVD、蒸镀、溅射等堆积，或者作为溶液进行涂敷、喷涂、电解附着等而形成。另外，为了降低薄膜晶体管18a和18b的栅压，使用介电常数高的物质作为栅绝缘膜9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形成栅绝缘膜9。另外，不限于无机物，也可以是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。
另外，在本发明的实施方式2～3中，作为液晶性有机半导体化合物16，使用2-苯基萘衍生物化合物的层列相的SmA相或者SmE相，但是使用SmB相等液晶相也能够同样地实施。另外，作为液晶性有机半导体化合物16，使用2-苯基萘衍生物8-PNP-O4，但是也可以使用8-PNP-O12的层列相。
另外，作为液晶性有机半导体化合物16，举2-苯基萘衍生物为例进行了说明，但是不限于此，只要液晶性有机半导体化合物16具有向列液晶化合物和层列液晶化合物的至少一种，在中心部分具有6π电子芳香族环(1个)、10π电子芳香族环(m个)和/或14π电子芳香族环(n个)(其中，1+m+n＝1～4，1和n分别表示0～4的整数)，由上述各芳香族环分别相同或不同的组合直接连接或者由连接器通过碳-碳双键或碳-碳三键连接即可。
在此，作为6π电子芳香族环，可以举出例如苯环、吡啶环、嘧啶环、哒嗪环、吡嗪环、环庚三烯酚酮环。另外，作为10π电子芳香族环，可以举出例如萘环、甘菊环、苯并呋喃环、吲哚环、吲唑环、苯并噻唑环、苯并噁唑环、苯并咪唑环、喹啉环、异喹啉环、喹唑啉环、喹喔啉环。另外，作为14π电子芳香族环，可以举出例如菲环、蒽环等。其中，优选在中心部分具有2-苯基萘环、联苯环、苯并噻唑环、t-噻吩环中的任一种或以上，并且具有棒状分子结构的液晶性有机化合物；进一步优选在中心部分具有2-苯基萘环，苯环和萘环分别具有烷基、烷氧基等侧链，并且具有棒状分子结构的液晶性有机化合物。
另外，在实施本发明时，作为液晶性有机化合物和液晶性有机半导体化合物，只要是具有分子取向秩序更高的向列相或上述其它的层列相的液晶性有机化合物和液晶性有机半导体化合物即可。
另外，在本发明的实施方式1～3中，液晶性有机化合物材料或者液晶性有机半导体化合物材料与纳米管材料通过调整混合比例进行混合。例如，碳纳米管的混合比例，相对于全体的体积比优选为30～90％，更优选为50～70％。根据该碳纳米管的混合比例形成的导电性薄膜、半导体层和薄膜晶体管显示出更良好的电气特性。另外，在其制作过程中，可以采用容易处理的材料。此外，最佳的混合比例，根据使用材料、工序条件和期望的特性，即使适宜地改变到上述混合比例范围之外也可以。
另外，本实施方式1～3的结构，是通过利用至少将作为具有有机材料的特性的有机类电子材料的液晶性有机化合物或者液晶性有机半导体化合物与作为无机材料的碳纳米管混合而得到的复合类化合物形成导电性薄膜或者半导体层，使其载流子迁移率和导电率进一步提高的结构。于是，将液晶性有机半导体化合物与具有高载流子迁移率和导电性的碳纳米管材料混合，使它们的组成分子良好地取向从而复合化，由此，可以使仅使用液晶性有机半导体化合物或有机半导体化合物时的低载流子迁移率提高到更高的载流子迁移率，可以进一步提高薄膜晶体管的沟道形状等的设计自由度。
另外，作为上述的基板2，除了具有柔性的能够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基板。例如，能够使用聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。由此，能够实现以塑料板或树脂薄膜作为基板的具有柔性的纸页式显示器(paper display)或薄式显示器(sheet display)等。
另外，在上述说明中，使用碳纳米管作为纳米管，但是在将来，有可能开发出由碳或其它材料构成的新的纳米管。使用这样的新的纳米管，也能够实施本发明。
另外，本发明的薄膜晶体管18a和18b，由至少将液晶性有机半导体化合物16和碳纳米管13复合并进一步良好地形成其取向度的复合类半导体层15来形成半导体层10，在导通状态和断开状态下，都得到比仅为液晶性有机半导体化合物16和仅为碳纳米管13的情况下的特性的以往的中间值更高的值，所以可以进一步改善导通或者断开的一方的特性不充分的情况。例如，半导体层由载流子迁移率低的液晶性有机半导体化合物形成的薄膜晶体管的情况下，需要其栅宽约为数百μm的形状。另外，在半导体层由载流子迁移率非常高的具有半导体性的碳纳米管形成的薄膜碳纳米管中，成为约0.1μm的极小的栅宽，两者在设计上都不实用。与此相对，将液晶性有机半导体化合物和碳纳米管复合并取向性良好地形成的复合类半导体层的载流子迁移率，是比两者以往的中间值更高的值，因此可以用数μm左右的实用的栅宽进行设计制作，而且也可以使用长宽的沟道区域，所以可以与导通和断开时的导电率相配合地设计沟道形状。即，可以说，本发明的薄膜晶体管的复合类半导体层，是以碳纳米管的优点弥补液晶性有机半导体化合物存在的缺点，另一方面以液晶性有机半导体化合物的优点弥补碳纳米管存在的缺点，将各自的长处进一步强化的复合类半导体层。
接下来，对将本发明的薄膜晶体管应用于图像显示装置的半导体装置的一个例子进行说明。
图5是示意性地表示利用包含本发明的薄膜晶体管的半导体电路装置的图像显示装置的结构的一个例子的结构图。
在图5中，至少配置多个具有实施方式3的复合类半导体层作为半导体层的薄膜晶体管(图示省略)，作为像素的开关元件(图示省略)，构成有源矩阵型的图像显示装置19(显示器)。由此，使用塑料基板20等上的、由配置在配置成矩阵型的多根电极21、22的各交叉点23附近的微小的薄膜晶体管(图示省略)构成的开关元件(图示省略)，可以以良好的特性对信息信号进行ON/OFF。即，可以构成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(paper-like)电子显示器和薄式显示器。另外，使用上述导电性薄膜和薄膜晶体管(图示省略)、构成配置在显示器周围的驱动电路24a、24b和控制电路25(控制器)，由此一体地制造显示板26和上述电路，所以，与仅利用纳米管构成导电性薄膜和薄膜晶体管的情况相比，可以构成机械可靠性提高的、具有柔韧性的、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。
另外，在上述中，作为有源矩阵型的显示板，纸页式或者薄片状的显示板可以使用基于液晶显示方式、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)方式等的显示板方式。
另外，也能够一体地形成上述导电性薄膜和薄膜晶体管，并应用于由记录信息的IC和无线通信用的天线构成的超小型装置，即，一次性的无线频率IC标签(RFID标签)等的IC部分的驱动电路和控制电路或者存储电路中。由此，与由硅片构成的以往的无线频率IC标签相比，可以构成整体具有柔韧性、不易损坏的无线频率IC标签。另外，也可以将含有上述导电性薄膜和薄膜晶体管的半导体电路装置应用于便携装置和一次性装置或者其它的电子装置等中。
(实施方式4)在本发明的实施方式4～5中，对制作通过氢键使非液晶性的有机半导体化合物和有机化合物结合、从而显现液晶性的液晶性有机半导体混合物，利用使该液晶性有机半导体混合物沿规定方向取向的简单并且低成本的方法，实现使有机半导体化合物的分子沿规定方向取向而形成的、使导电率和载流子迁移率进一步提高的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管的方式进行说明。
图7是示意性地说明本发明的实施方式4的导电性薄膜的制作工序的截面图。此外，在图7中，为了避免说明的麻烦，省略了一部分工序的图示。
参照图7，对导电性薄膜的制作方法进行说明。
在本实施方式中，首先，将由图11(a)所示的非液晶性的并五苯衍生物构成的有机半导体化合物材料和图11(b)所示的非液晶性有机化合物材料按照摩尔比约为1∶1进行混合。
在此，图11(a)所示的并五苯衍生物化合物是将位于作为有机半导体化合物材料的并五苯的至少一个末端的苯环的碳原子的至少一个从氢原子取代为作为电阴性的原子的氮(N)的化合物。
另外，图11(b)所示的非液晶性的有机化合物是具有羧基的苯甲酸衍生物。在图11(b)的苯甲酸衍生物中，烷氧基优选碳原子至少为3到8左右，但是并不限于此。另外，在上述中，以苯甲酸衍生物作为非液晶性有机化合物进行了说明，但是也可以使用联苯甲酸衍生物。
将图11(a)的非液晶性的并五苯衍生物与图11(b)的非液晶性的苯甲酸衍生物混合后，如图11(c)所示，并五苯衍生物与苯甲酸衍生物形成氢键，只通过混合就可以形成作为自发地显示层列型液晶的超分子的液晶性有机半导体混合物。其中，所谓超分子是指，并五苯衍生物与苯甲酸衍生物各自单独是分子没有取向也不显示液晶性的非液晶性的化合物，但是作为混合生成的混合物的液晶性有机半导体混合物成为显出作为新性质的液晶性的结构。另外，上述液晶性有机半导体混合物是通过比共价键的结合力更弱的氢键形成的混合物，是可以通过接近室温的加工进行处理的稳定的材料。
接下来，如图7(a)所示，在玻璃基板或者塑料基板等的基板2上，相对设置至少2个电极3、4。然后，为了稍后使显现的液晶相取向，通过旋转镀膜法将聚酰亚胺形成100nm的膜厚并烧制，在基板2上形成取向膜(图示省略)。另外，至少对存在于电极3、4之间的取向膜进行取向处理。该取向处理，在液晶显示技术上，与使被注入基板间的液晶材料取向时使用的方法相同，通过用无尘布沿规定的一定方向，例如电极3、4的方向(箭头方向)对取向膜表面进行摩擦而进行。
接下来，在图7(b)中，通过将非液晶性的并五苯衍生物(参照图11(a))和非液晶性的苯甲酸衍生物(参照图11(b))混合，准备通过氢键形成超分子结构的液晶性有机半导体混合物27。然后，利用浇注法，将该液晶性有机半导体混合物27在图7(a)所示的工序中已被实施取向处理的基板2上的取向膜上，涂敷约1μm的厚度。
在图7(c)中，在导电性薄膜28中，将由显示向列型液晶相的液晶性有机半导体混合物27形成的超分子结构的分子长轴方向向着作为规定方向的箭头方向取向，可以使作为其构成分子的上述并五苯衍生物的分子长轴方向沿期望的方向取向。即，由于制作的导电性薄膜28的膜厚薄，所以，相对于经取向处理而沿规定的一定方向取向的液晶性有机半导体混合物27，作为内部构成分子的有机半导体化合物的并五苯衍生物的长轴方向沿期望的任意的一定方向、例如电极3、4的方向排列。所以，通过利用上述的取向处理、将混合形成的液晶性有机半导体混合物27的排列方向控制为规定方向，能够控制有机半导体化合物的长轴方向沿任意方向排列。在图7(c)中，上述规定方向和上述任意方向是与电极间方向(箭头方向)大致相同的方向。此外，因使用的混合物的组合不同，有时作为取向处理方向的规定方向与被形成的任意方向不同，所以，需要按照可得到期望的任意方向的方式选择规定方向。
根据本实施方式，通过使液晶性有机半导体混合物27中的并五苯衍生物的分子长轴方向沿期望的任意方向取向，导电性薄膜28成为电荷在电极间方向平滑地进行移动的导电性薄膜，导电率和载流子迁移率提高，导电性薄膜或有机半导体膜的载流子迁移率可以得到约为0.3cm2/Vs的值。该值即使与已被蒸镀的以往的结晶性的并五苯相比，也是相同水平的载流子迁移率。
图8是示意性地表示本发明的实施方式4的其它的导电性薄膜的结构的截面图。
图8的导电性薄膜29与图7所示的导电性薄膜28的不同点是，从形成图7(c)所示的导电性薄膜28的液晶性有机半导体混合物27中，至少除去从电荷移动的观点看是多余的构成分子的有机化合物的成分。更具体地说，从将图11(a)所示的非液晶性的并五苯衍生物和图11(b)所示的非液晶性的苯甲酸衍生物混合、形成氢键从而成为超分子结构的液晶性有机半导体混合物27中，除去作为阻碍电荷移动的有机化合物的苯甲酸衍生物成分。在这种情况下，为了从液晶性有机半导体混合物27中除去苯甲酸衍生物成分，通过对液晶性有机半导体混合物27进行加热来破坏氢键，由此使苯甲酸衍生物成分飞散。例如，通过将图7(c)的液晶性有机半导体混合物27加热到约摄氏180度，从电荷移动的观点看是多余的构成分子的图11(b)所示的苯甲酸衍生物升华并飞散。由此，仅留下作为沿规定方向取向的有机半导体化合物的图11(a)所示的并五苯衍生物，可以形成具有良好特性的导电性薄膜29。
在本实施方式的其它结构中，确认由通过上述简单方法制作的并五苯衍生物有机半导体得到的导电性薄膜29的载流子迁移率，可以得到进一步提高的约1.0cm2/Vs的高值，可以使并五苯有机半导体化合物具有的高载流子迁移率进一步提高而形成。该值比以往的由蒸镀形成的并五苯有机半导体结晶相具有的载流子迁移率(约0.6cm2/Vs)高。另外，可以在柔韧的塑料基板上遍及100×100mm的大面积、大致均匀地稳定地制作导电性薄膜29，并可以确认即使将上述塑料基板适度地弯曲，也不产生缺陷。
此外，在以上，作为从液晶性有机半导体混合物27中除去阻碍电荷移动的有机化合物的方法，说明了将液晶性有机半导体混合物27加热从而除去不需要的有机化合物的结构，但是不限于该方法。例如，作为其它的方法，可以采用使用将具有感光性的有机化合物混合从而显现液晶性的液晶性有机半导体化合物构成导电性薄膜，通过向该导电性薄膜照射紫外线，或者将其加热，使上述感光性的有机化合物挥发或者升华的结构。
以上，通过上述的结构，根据本发明的导电性薄膜，将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合、形成氢键、构成液晶性有机半导体混合物，将其涂敷并使其沿规定的方向取向，按照至少有机半导体化合物沿规定的方向取向的方式形成导电性薄膜，利用这样的简单的方法，可以提高有机半导体化合物具有的高载流子迁移率，并且稳定地形成。
另外，作为本发明的其它的导电性薄膜的结构，通过从液晶性有机半导体混合物中至少除去阻碍电荷移动的有机化合物的成分，可以进一步提高有机半导体化合物具有的高载流子迁移率，并且稳定地形成。
此外，在本实施方式中，图11(a)所示的并五苯衍生物中取代的氮是1个，但也可以是将多个碳取代为氮的并五苯衍生物，其混合比例不限于上述。例如，取代了2个氮原子的并五苯衍生物分子可以与2分子的图11(b)所示的苯甲酸衍生物形成两个氢键，从而可以形成如图11(d)所示的超分子结构的液晶性有机半导体混合物。
另外，在上述，作为涂敷液晶性有机半导体混合物27的方法，除了上述浇注法之外，可以使用滴落法、旋转式涂敷法、浸渍涂敷法、或者丝网印刷法等印刷法、辊涂法、喷墨涂敷法、喷涂法等方法。
另外，在上述，作为使由液晶性有机半导体混合物27构成的导电性薄膜28、29和有机半导体膜沿规定的方向取向的方法，可以举出在已实施取向处理的取向膜上形成导电性薄膜和有机半导体膜的方法、向导电性薄膜和有机半导体膜施加电场的方法、以及向导电性薄膜和有机半导体膜施加磁场的方法。这些取向处理方法可以在本发明的所有实施方式中利用。
另外，在以上记述中，作为取向膜可以举出氧化硅等无机类取向膜，或者尼龙、聚乙烯醇、聚酰亚胺、单分子膜等有机类取向膜。这些取向膜通过斜蒸镀或旋转蒸镀形成，使用高分子液晶、LB膜使其取向，或者通过利用磁场的取向、利用スぺ一サエツジ法的取向、摩擦法等，使其沿一定的方向取向。此外，该取向膜可以形成为仅作为取向膜的功能，也可以形成兼作绝缘层、栅绝缘膜等各种功能的膜，也可以适用绝缘性基板表面。
(实施方式5)图9是示意性地表示本发明的实施方式5的薄膜晶体管的结构的截面图。
在图9中，在薄膜晶体管30中，在绝缘性的基板2上形成有期望形状的栅电极17，通过栅绝缘膜9进一步在该栅电极17上形成有构成沟道层的半导体层31。另外，在绝缘性的基板2与半导体层31之间，按照与半导体层31直接接触的方式形成有源电极11和漏电极12。另外，在栅电极17、源电极11和漏电极12以及半导体层31上，通常叠层保护膜。然后，源电极11和漏电极12引出并分别与电极连接，但由于变得复杂，所以省略图示。
图10是示意性地表示本实施方式的薄膜晶体管的制作工序的截面图。此外，在图10中，薄膜晶体管的制作中所需的要素的一部分很复杂，所以省略图示。
在本实施方式中，首先，如图10(a)所示，在塑料基板和玻璃基板等具有绝缘性的基板2的表面上，以300nm的膜厚形成铝膜。然后，通过光刻和蚀刻将该铝膜成形，由此形成栅电极17。
接下来，按照覆盖栅电极17和基板2的露出部分的方式，利用旋转镀膜法以100nm的膜厚形成聚酰亚胺膜，从而形成栅绝缘膜9。
然后，利用EB蒸镀法，在基板温度100℃下，以300nm的膜厚在栅绝缘膜9上形成铟锡氧化膜(ITO)作为导电体膜，进行光刻和蚀刻，由此形成源电极11和漏电极12。另外，至少在存在于源电极11和漏电极12之间的栅绝缘膜9上进行取向处理。另外，也可以在进行了取向处理的聚酰亚胺的栅绝缘膜9上，形成源电极11和漏电极12。在此，作为取向处理的方法，与实施方式4中使用的取向处理方法相同，使用通过用无尘布沿规定的一个方向，例如源电极11和漏电极12的方向(箭头方向)擦(摩擦)栅绝缘膜9的表面而进行的方法。由此，可以使后述的液晶性有机半导体混合物27的超分子的长轴沿与摩擦方向平行的方向一致地取向。
接下来，如图9所示，在栅绝缘膜9上形成成为沟道层的作为有机半导体膜的半导体层31。作为有机半导体膜的半导体层31，与形成实施方式4中的导电性薄膜的情况相同，按以下方法形成。
即，在图10(b)中，将图11(a)所示的非液晶性的并五苯衍生物与图11(b)所示的非液晶性的苯甲酸衍生物混合、形成氢键、成为超分子结构的图11(c)所示的液晶性有机半导体混合物27，按照至少覆盖在图10(a)所示的工序中已被取向处理的基板2上的源电极11和漏电极12的方式，通过浇注法涂敷约1μm的膜厚。显示层列型液晶相的液晶性有机半导体混合物27中，通过将形成的超分子结构的分子长轴方向向规定的方向(箭头方向)取向，可以使作为其内部构成分子的上述并五苯衍生物的分子长轴方向沿期望的方向取向。即，由于制成的由液晶性有机半导体混合物27构成的导电性薄膜31的膜厚薄，相对于通过取向处理而沿规定的一定方向取向的液晶性有机半导体混合物27，作为内部构成分子的并五苯衍生物的长轴方向也沿期望的任意的大致一定方向、在此为源电极11和漏电极12的方向(箭头方向)进行排列。在图10(b)中，上述规定方向和上述任意方向是与电极间方向(箭头方向)方向大致相同的方向。此外，因使用的化合物的组合的不同，有时作为取向处理方向的规定方向与被形成的任意方向不同，所以需要按照可得到期望的方向的方式选择规定方向。
接下来，在图10(c)中，从将图11(a)所示的非液晶性的并五苯衍生物与图11(b)所示的非液晶性的苯甲酸衍生物混合并形成氢键而构成的液晶性有机半导体混合物27中，除去作为阻碍电荷移动的有机化合物的苯甲酸衍生物成分。该苯甲酸衍生物成分的除去，至少对液晶性有机半导体混合物27进行加热来破坏氢键，由此使苯甲酸衍生物飞散。这样，制作出了具有沿规定方向取向的、留下作为有机半导体化合物的并五苯衍生物的导电性薄膜31的薄膜晶体管30。
具备通过本实施方式的简单方法制成的由并五苯衍生物有机半导体膜构成的半导体层的薄膜晶体管的沟道的载流子迁移率为约1.0cm2/Vs的高值。即，确认，根据本实施方式，可以形成使并五苯有机半导体化合物具有的高载流子迁移率进一步提高的薄膜晶体管。该值比以往的通过蒸镀形成的并五苯有机半导体结晶相具有的薄膜晶体管的载流子迁移率(约0.6cm2/Vs)的值高。另外，根据本实施方式，可以在100×100mm的形状的具有柔韧性的塑料基板上，稳定地制作多个具有由除去了作为有机化合物的苯甲酸衍生物成分的导电性薄膜31构成的半导体层的薄膜晶体管30，可以确认即使将上述塑料基板适度地弯曲，制成的多个薄膜晶体管30也不会产生缺陷。
根据上述，根据本实施方式，通过使将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合并形成氢键的液晶性有机半导体混合物沿规定的方向取向，能够使有机半导体化合物沿规定的方向取向。另外，在本实施方式中，通过简单的方法除去阻碍电荷移动的有机化合物从而形成有机半导体膜，所以可以提供使有机半导体化合物本来具有的高载流子迁移率进一步提高的具有良好的电气特性的薄膜晶体管。另外，由于本实施方式的薄膜晶体管也可以作为具有优异的电气特性的薄膜晶体管提供，所以可以适用于微小的电路装置和高性能电子装置等。
此外，在以上的记述中，本发明的薄膜晶体管是包含栅绝缘层、与栅绝缘层接触设置的半导体层、与栅绝缘层的一侧接触而设在与半导体层相反侧的栅电极、与半导体层的至少一侧接触并相对于栅电极进行定位从而按照夹住栅电极的方式设置的源电极和漏电极的薄膜晶体管。在此，本发明的薄膜晶体管，对将栅电极设置在基板上的底部的底栅型薄膜晶体管进行了说明，但是也可以采用将栅电极设置在栅绝缘膜上与基板相反侧的顶部的顶栅型薄膜晶体管的结构。
另外，在制作本发明的实施方式5的薄膜晶体管30时，可以用于栅电极17、源电极11和漏电极12的材料，只要具有导电性、不与基板2和半导体层反应，可以使用任何材料。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，作为其它的材料，也可以使用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙烯等导电性的有机物。特别地，栅电极即使比其它的电极的电阻大，也能够动作，所以，为了容易制造，也可以利用与构成源电极和漏电极的材料不同的材料来形成栅电极。
另外，作为上述栅绝缘膜9的材料，只要是具有电绝缘性并且不与基板2和各电极以及半导体层反应的材料，能够使用任何材料。另外，作为基板2和栅绝缘膜9的形式，可以采用在硅上形成通常的硅氧化膜后、将其作为栅绝缘膜使用的形式，或者，也可以采用在氧化膜形成后、设置树脂等的薄层作为栅绝缘膜发挥作用的形式。另外，栅绝缘膜9也可以将由与基板2和各电极不同的元素构成的化合物通过CVD、蒸镀、溅射等堆积，或者作为溶液进行涂敷、喷涂、电解附着等而形成。另外，为了降低薄膜晶体管30的栅压，使用介电常数高的物质作为栅绝缘膜9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形成栅绝缘膜9。另外，不限于无机物，也可以是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。
另外，根据本实施方式，由于在形成薄膜和形成半导体层时，可以使用以往的低温的薄膜形成技术，所以，作为上述基板2，除了可以使用具有柔性的能够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，能够使用聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。由此，可以实现以塑料板或树脂薄膜作为基板的、具有柔性的纸页式显示器或薄式显示器等。
通过以上叙述，根据本发明的薄膜晶体管的制造方法，通过将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合并形成氢键的液晶性有机半导体混合物涂敷在基板上并使其沿规定的方向取向，可以容易地形成沿期望的方向取向的导电性薄膜。另外，由于可以利用简单的方法，从上述液晶性有机半导体混合物中至少除去阻碍电荷移动的有机化合物，所以可以低成本地制造具有使有机半导体化合物本来具有的高载流子迁移率进一步提高的导电性薄膜作为半导体层的薄膜晶体管。
此外，在实施方式4、5中，对将并五苯衍生物和苯甲酸衍生物通过氢键形成液晶性有机半导体混合物的构成进行了说明，但是，只要有机半导体化合物和有机化合物通过形成氢键从而构成显现液晶性的液晶性有机半导体混合物，可以使用任何有机半导体化合物和有机化合物。因此，为了形成氢键，本发明的有机半导体化合物和有机化合物，需要至少分别具有选自作为比氢原子具有电阴性的原子的氮、氧、硫和卤族元素中的至少一种元素，优选这些元素之间通过氢进行结合的化合物。另外，本发明的有机半导体化合物和有机化合物分别具有选自不饱和键和苯环中的至少一种，优选该一种通过氢与上述的氮、氧、硫、和卤族元素中的任一种元素进行结合的化合物。
另外，在以上叙述中，对使用并五苯衍生物作为有机半导体化合物的方式进行了说明，但是除了并五苯以外，也可以采用使用并四苯(naphthacene)、并四苯(tetracene)等并苯类的有机半导体化合物衍生物，铜酞菁等酞菁类的有机半导体化合物衍生物，或者噻吩类有机半导体化合物衍生物的结构。
另外，在以上叙述中，通过将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合并形成氢键从而形成的、显现液晶性的液晶性有机半导体混合物的超分子结构，可以是向列型液晶或层列液晶那样的近似棒状的超分子结构，也可以是圆盘状液晶那样的圆盘状的超分子结构。
另外，关于其它方面，与实施方式1～3的情况相同。
(实施方式6)在本发明的实施方式6～7中，对使用具有秩序高的第一液晶相的有机半导体化合物和显示秩序低的第二液晶相的有机化合物的混合组合物层，通过使秩序低的第二液晶相显现从而使有机半导体化合物分子沿规定的方向取向而形成的、导电率和载流子迁移率进一步提高的导电性薄膜和使用该导电性薄膜的薄膜晶体管进行说明。
图12是示意性地表示本发明的实施方式6的导电性薄膜的制作工序的截面图。此外，在图12中，为了避免繁杂，省略了部分工序的图示。
以下，参照图12，对本实施方式的导电性薄膜的制作工序进行说明。
本实施方式中使用的有机半导体化合物是在高温下具有秩序高的液晶相(对称性低的液晶相)的有机半导体化合物，或者具有潜在的秩序高的液晶相的有机半导体化合物。具体地说，使用至少含有在高温下具有由层列型液晶相那样的秩序高的液晶相构成的第一液晶相的有机半导体化合物的材料，更具体地说，使用至少含有例如在高温下具有层列型液晶相的图16所示的低聚噻吩衍生物那样的低聚物有机半导体化合物的材料。此外，在以上的记述中，有机半导体化合物在高温下具有秩序高的液晶相，意味着至少从秩序高的液晶相进行结晶的结晶温度为室温以上，上述秩序高的液晶相存在于比上述结晶温度高的温度范围内。
图16所示的低聚噻吩衍生物，是将5个噻吩环T正反地连接的Dec-5T-Dec(Dec是由10个碳分子构成的烷基)构成的有机半导体化合物。根据利用差示扫描量热分析法(DSC)测定的结果可知，该Dec-5T-Dec在摄氏100度到170度的高温的温度范围内具有层列型液晶相，在摄氏100度以下成为结晶，在摄氏170度以上成为各向同性的液体。
另外，作为与上述有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物混合的有机化合物材料，使用至少混合显示作为秩序低的液晶相(对称性高的液晶相)的向列相那样的第二液晶相的有机化合物的、例如图17的(a)和(b)所示的氰基联苯类或图17(c)所示的氰基三联苯类(以下称联苯类)而形成的液晶化合物。
在作为有机化合物的图17所示的联苯类液晶化合物中，烷基R和Ra是至少碳原子数3～8的直链状或支链状的烷基，采用这些R和Ra含有不同的多种成分的向列型液晶化合物。另外，也可以使用将其它系列的液晶化合物与这些向列型液晶化合物混合形成的混合向列型液晶化合物。另外，也可以使用未用氰基或氟基取代的向列型液晶化合物。
在以上的记述中，显现作为有机化合物的向列型液晶相的温度范围，可以比显现有机半导体化合物的层列型液晶相的温度范围低，也可以比其高。
图13是表示本实施方式的有机半导体化合物和有机化合物的混合组合物的相图的例子的概念图。其中，在图13中，横轴表示低聚噻吩衍生物的重量(％)，随着低聚噻吩衍生物的重量减少，联苯类液晶化合物的重量增加。另外，在图13中，纵轴表示相变温度(℃)。
如图13所示，作为上述有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物Dec-5T-Dec在摄氏100度到170度的温度范围内具有层列型液晶相(S)，在摄氏170度以上成为各向同性的液体(I)。但是，如图13的相图所示，可知将93重量％的作为有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物Dec-5T-Dec，和7重量％的作为有机化合物的联苯类液晶化合物混合形成的混合组合物，在摄氏160度到摄氏167度的温度范围内，显现向列相(N)。
根据图13所示的相图，制成例如至少将93重量％的在高温下具有秩序高的第一液晶相或者潜在的秩序高的第一液晶相的有机半导体化合物，和7重量％的显示向列型液晶相那样的第二液晶相作为秩序低的液晶相的有机化合物混合形成的混合组合物。此时，也可以根据需要，将氯苯等有机溶剂与上述混合组合物混合，使得容易涂敷。
有机半导体化合物与有机化合物的混合比例根据使用的双方的材料种类或者期望的电气特性的不同而不同，但是混合组合物中的有机半导体化合物的量占尽可能多的比例较好，容易得到期望的高特性。优选混合组合物中含有70～98重量％的有机半导体化合物的构成，更优选混合组合物中含有90～95重量％的有机半导体化合物的构成。由此，可得到更高的特性。此外，在本发明中，有机半导体化合物的混合比例不限于上述的值。
然后，如图12(a)所示，在玻璃基板和塑料基板等的基板2上，相对地设置至少2个电极3、4。另外，为了使显现的第二液晶相取向，利用旋转镀膜法形成膜厚为100nm的聚酰亚胺膜并进行烧制，由此在基板2上形成取向膜(图示省略)。另外，之后，至少对电极3、4之间存在的取向膜进行取向处理。在此，该取向处理，通过与使在液晶显示技术中被注入基板间的液晶材料取向时使用的方法相同的方法，即用无尘布沿任意的一定方向，例如电极3、4的方向(箭头)对取向膜表面进行摩擦的方法来进行。
接下来，如图12(b)所示，利用滴落法使上述混合组合物的溶液从滴嘴32滴落到已进行了取向处理的基板2上的至少电极3、4之间的范围，涂敷至约1μm的厚度。然后，至少对混合组合物的溶液部分进行加温，由此使有机溶剂从混合组合物的溶液中飞散，从而形成混合组合物层33。
接下来，如图12(c)所示，将电极3、4之间的至少间隙部分涂敷的混合组合物层33，在规定的温度范围下放置。在此，“规定的温度范围”是指，含有图16所示的低聚噻吩衍生物的、作为秩序低的第二液晶相的向列相从混合组合物层33中显现的温度范围。此外，在本实施方式中例示的含有将93重量％的有机半导体化合物和7重量％的有机化合物混合形成的混合物的混合组合物层33，如图13的相图所示，在摄氏160度到摄氏167度的温度范围内，沿任意方向取向的作为秩序低的第二液晶相的向列相34在电极3、4之间显现。
接下来，如图12(d)所示，通过将在电极3、4之间的至少间隙部分和边界上显现的向列相34缓慢冷却而将其冷却固化，形成了使含有93重量％的有机半导体化合物的混合组合物层33沿规定的方向取向的导电性薄膜35。此外，根据现有的液晶技术可知，通过将向列相34缓慢冷却而将其冷却固化，可以形成维持其混合组成和取向性的固相。然后，由于制成的混合组合物层33的膜厚薄，所以，相对于通过取向处理而沿任意的一定方向取向的联苯类液晶化合物，与其混合的作为有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物中的噻吩连接的骨架链，沿规定的一定方向，例如电极3、4的方向排列。因此，通过该取向处理，通过将被混合的作为向列型液晶相的有机化合物的排列方向控制为规定的方向，可以将有机半导体化合物的骨架链的排列方向控制为规定的方向。
此外，在以上的叙述中，进行取向处理从而使有机化合物取向的规定方向，与伴随着其取向而排列的有机半导体化合物的骨架链的规定方向，可以相同，也可以不同。即，在本发明中所必须的是，有机半导体化合物沿规定方向排列。
在本实施方式中制成的导电性薄膜35的载流子迁移率是10-2cm2/Vs的高值。由此确认，使低聚噻吩衍生物沿规定的大致一定方向取向的导电性薄膜的特性提高。此外，与此相对，使用与本实施方式中使用的衍生物相同的低聚噻吩衍生物，通过蒸镀制成的导电性薄膜，其载流子迁移率为10-3cm2/Vs的低值。
从上述的结果判明使用将在高温下具有秩序高的第一液晶相的有机半导体化合物和显示秩序低的第二液晶相的有机化合物混合而形成的混合组合物层，将其置于规定的温度范围下，在形成并配置在基板上的电极间，使含有有机半导体化合物的秩序低的第二液晶相从混合组合物层中显现并使其沿规定方向取向，由此，有机半导体化合物的分子自身沿规定方向取向，导电性薄膜的载流子迁移率和导电率进一步提高。
另外，优选将第一液晶相作为层列型液晶相，将第二液晶相作为向列相，通过将这些液晶相的控制进行组合，可以容易地形成导电性薄膜。另外，有机半导体化合物含有低聚噻吩衍生物等低聚物有机半导体化合物，通过使其大致均匀地取向，在使用低聚物有机半导体化合物的导电性薄膜中，可以进一步提高载流子迁移率和导电率等电气特性。
此外，在以上的记述中，作为有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物是将多个噻吩环结合形成的衍生物，由于将至少4～6个噻吩环连接后置于高温下会具有层列型液晶相，所以可以使用这些低聚噻吩衍生物。
(实施方式7)图14是示意性地表示本发明的实施方式7的薄膜晶体管的结构的截面图。
在图14中，在薄膜晶体管37中，在具有绝缘性的基板2上形成有期望的形状的栅电极17，进一步通过栅绝缘膜9在栅电极17上形成有构成沟道层的半导体层36。另外，在具有绝缘性的基板2和半导体层36之间，按照与半导体层36直接连接的方式形成有源电极11和漏电极12。此外，在这些栅电极17、源电极11和漏电极12、以及半导体层36上，通常叠层有保护膜。另外，在源电极11和漏电极12上分别连接有引出电极，但为了避免图变得繁杂，在此省略这些的图示。
图15是示意性地表示本发明的实施方式7的薄膜晶体管的制作工序的截面图。此外，在图15中，为了避免图变得繁杂，对于薄膜晶体管的制作所需的部分现有要素，省略了图示。
首先，如图15(a)所示，在由塑料基板或玻璃基板等构成的具有绝缘性的基板2的表面，以300nm的膜厚形成铝膜，然后通过光刻和蚀刻形成栅电极17。接下来，按照覆盖栅电极17和基板2的露出部分的方式，利用旋转镀膜法形成膜厚为100nm的聚酰亚胺膜，由此形成栅绝缘膜9。
接下来，在栅绝缘膜9的上部，通过EB蒸镀法以基板温度100℃、膜厚300nm形成作为导电体膜的铟锡氧化膜(ITO)。然后，通过对该铟锡氧化膜进行光刻和蚀刻，形成源电极11和漏电极12。其后，至少在存在于源电极11和漏电极12之间的栅绝缘膜9上进行取向处理。此外，该取向处理的方法与在实施方式6中使用的取向处理方法相同，通过用无尘布沿规定的一个方向擦(摩擦)栅绝缘膜9的表面的方法进行。由此，可以使后述的混合组合物层中含有的液晶性的有机化合物沿与摩擦方向平行的方向取向。另外，在以上的记述中，对在形成源电极11和漏电极12后、对栅绝缘膜9的表面进行取向处理的方式进行了说明，但是不限于这种方式，例如，也可以采用在由已进行取向处理的聚酰亚胺构成的栅绝缘膜9的上部形成源电极11和漏电极12的方式。
接下来，如图14所示，在栅绝缘膜9的上部，形成作为成为沟道层的有机半导体膜的半导体层36。该半导体层36，如以下说明的那样，通过与实施方式6中说明的形成导电性薄膜的方法相同的方法形成。
首先，作为有机半导体化合物，与实施方式6的情况同样地，例如，准备至少含有由图16所示的Dec-5T-Dec构成的、在高温下具有作为秩序高的液晶相的层列相的、低聚噻吩衍生物的低聚物有机半导体化合物。在此，作为低聚噻吩衍生物，可以使用至少4～6个噻吩环结合形成的材料。
另外，作为有机化合物，准备显示作为秩序低的液晶相(对称性高的液晶相)的向列相那样的第二液晶相的有机化合物，例如图17(a)所示的联苯类有机化合物。然后，至少将93重量％的作为有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物Dec-5T-Dec和7重量％的作为上述有机化合物的联苯类液晶化合物混合，制成混合组合物。另外，为了易于涂敷，将氯苯等有机溶剂与该混合组合物混合。
接下来，如图15(b)所示，在由表面被沿规定方向进行了摩擦取向处理的聚酰亚胺构成的栅绝缘膜9的露出部分、和源电极11和漏电极12的上部，通过滴落法将上述准备的混合组合物的溶液涂敷达到膜厚约为1μm。然后，至少对混合组合物的溶液部分进行加温，使有机溶剂从混合组合物的溶液中飞散，由此形成含有93重量％的低聚噻吩衍生物的混合组合物层38。
有机半导体化合物与有机化合物的混合比例因使用的双方的材料种类或期望的电气特性的不同而不同，但是混合组合物层中的有机半导体化合物的量适宜为尽可能多的比例，容易得到期望的良好的电气特性。希望优选混合组合物层38含有70～98重量％的有机半导体化合物的构成，进一步希望更优选混合组合物层38含有90～95重量％的有机半导体化合物的构成。由此，能够得到更良好的电气特性。此外，混合组合物层38中的有机半导体化合物的混合比例不限于上述的混合比例，可以根据有机半导体化合物的种类和要求的电气特性，进行适当的调整。
接下来，如图15(c)所示，将在源电极11和漏电极12之间的至少间隙部分涂敷的混合组合物层38，置于含有图16所示的低聚噻吩衍生物的作为秩序低的第二液晶相的向列相从混合组合物层38中显现的规定的温度范围下。由此，如图13的相图所示，在摄氏160度到摄氏167度的温度范围内，向列相39从本实施方式的将有机半导体化合物Dec-5T-Dec(93重量％)和有机化合物(7重量％)混合形成的混合组合物38中显现。
接下来，如图15(d)所示，将在源电极11和漏电极12的至少间隙部分和边界上显现的向列相39缓慢冷却，从而冷却固化，由此形成作为使含有93重量％的有机半导体化合物的混合组合物层38沿规定方向取向的有机半导体层的半导体层36。由此，图14所示的薄膜晶体管37的半导体层36完成。在薄膜晶体管37的半导体层36中，相对于通过取向处理而沿任意的一定方向取向的联苯类液晶化合物，作为与其混合的有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物分子，即低聚噻吩衍生物中的噻吩连接的骨架链大致沿某个规定的一定方向(例如源电极11和漏电极12的方向)并列地排列。
具有利用本实施方式所示的构成制作的作为有机半导体层的半导体层36的薄膜晶体管37的沟道的载流子迁移率为10-2cm2/Vs的高值。由该结果确认，使低聚噻吩衍生物大致沿规定的一定方向取向的半导体层36的电气特性提高。此外，与此相对，使用与在本实施方式中使用的低聚噻吩衍生物相同的衍生物，具有仅蒸镀该低聚噻吩衍生物而形成的半导体层的薄膜晶体管的载流子迁移率为10-3cm2/Vs的低值。
如以上说明的那样，在本实施方式中，使用将在高温下具有秩序高的第一液晶相的有机半导体化合物和显示秩序低的第二液晶相的有机化合物混合而制成的混合组合物，在形成并配置在基板上的源电极和漏电极之间涂敷，形成混合组合物层，然后，将其置于从混合组合物层显现含有有机半导体化合物的秩序低的第二液晶相的规定的温度范围下。然后，在源电极和漏电极的两个电极之间，显现第二液晶相并使其沿任意的方向取向。由此，有机半导体化合物的分子自身沿规定方向取向。由此，使有机半导体化合物的分子良好地取向，提高电荷输送性能，形成导电性薄膜，利用该导电性薄膜作为半导体层，形成沟道的载流子迁移率进一步提高的薄膜晶体管。
在这种情况下，优选以第一液晶相作为层列型液晶相、以第二液晶相作为向列型液晶相，通过将这些液晶相的控制进行组合，能够容易地形成半导体层。
另外，有机半导体化合物含有低聚噻吩类衍生物等有机半导体化合物的低聚物，通过使该有机半导体化合物的低聚物大致均匀地取向，形成导电性薄膜，使用该导电性薄膜形成半导体层，可以进一步提高薄膜晶体管的沟道的载流子迁移率等电气特性。
此外，在以上的记述中，作为有机化合物的向列型液晶相的显现温度，可以比有机半导体化合物的层列型液晶相的显现温度低，也可以比其高。
另外，在以上的记述中，作为有机半导体化合物的低聚噻吩衍生物，只要是显现层列型液晶相的低聚噻吩衍生物，任何衍生物都可以，不需要限定噻吩环的个数和烷基的长度。
另外，在以上的记述中，对使用低聚噻吩衍生物作为有机半导体化合物的方式进行了说明，但是并不限于该方式，使用在并五苯、并四苯、亚苯基衍生物、酞菁化合物、青色素等低聚合物有机半导体化合物的衍生物中显现层列型液晶相的材料，也可以同样地实施本发明。
另外，在以上的记述中，对使用氰基联苯类、氰基三联苯类向列型液晶化合物作为有机化合物的方式进行了说明，但是也可以是使用苯基环己烷(PCH)类、苯酯类、苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类等具有近似棒状分子结构的向列型液晶化合物、其它系列的向列型液晶化合物、由这些化合物混合构成的混合向列型液晶化合物的方式。另外，在以上的记述中，对使用向列型液晶化合物作为有机化合物的方式进行了说明，但是并不限于该方式，也可以采用使用浓度转移型液晶(溶致液晶)的方式。
另外，在使用氰基联苯类或氰基苯酯类等末端具有极性强的氰基或者氟基等的向列型液晶化合物作为有机化合物的情况下，可以如上述那样对取向膜进行取向处理，从而使有机半导体化合物取向，也可以向源电极和漏电极施加电压，利用产生的电场使有机半导体化合物取向。
另外，在以上的记述中，作为混合组合物，只要至少包含上述有机半导体化合物和上述有机化合物即可，除此之外，也可以包含电荷极性付与剂等其它材料。
另外，在以上的记述中，有机溶剂的种类可以根据选择的有机半导体化合物的种类适当选择。例如，除了上述的氯苯以外，也可以使用三氯甲烷、1，2，4-三氯苯等芳香族溶剂。另外，也可以使用四氢呋喃、二乙甘醇、二乙醚等有机溶剂。
另外，在以上的记述中，作为涂敷混合组合物的溶液的方法，除了上述的滴落法以外，还可以使用浇注法、旋转式涂敷法、浸渍涂敷法、丝网印刷等印刷法、辊涂法、喷墨涂敷法、喷涂法等涂敷方法。
另外，在以上的记述中，作为使液晶相沿任意的规定方向取向的方法，除了在已实施取向处理的取向膜上形成有机半导体膜的方法以外，还可以举出对有机半导体膜施加电场的方法、对有机半导体膜施加磁场的方法等。
另外，在以上的记述中，作为取向膜可以举出氧化硅等无机类取向膜，或者尼龙、聚乙烯醇、聚酰亚胺、单分子膜等有机类取向膜。这些取向膜可以通过斜蒸镀或旋转蒸镀形成，能够使用高分子液晶、LB膜进行取向、利用磁场进行取向、利用スぺ一サエツジ法进行取向、利用摩擦法进行取向。此外，该取向膜可以形成为仅作为取向膜的功能，也可以形成兼作绝缘层、栅绝缘膜等各种功能的膜，也可以适用绝缘性基板表面。
另外，在以上的记述中，对利用由有机半导体化合物和液晶性的有机化合物的混合组合物形成的有机半导体层作为薄膜晶体管的半导体层的方式进行了说明，但是并不限于该方式，也可以采用利用由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材料与液晶性的有机化合物的混合组合物形成的复合类半导体层的方式。
另外，在以上的记述中，本发明的薄膜晶体管是包含栅绝缘层、与栅绝缘层接触设置的半导体层、与栅绝缘层的一侧接触而设在与半导体层相反侧的栅电极、以及与半导体层的至少一侧接触并相对于栅电极进行定位从而按照夹住栅电极的方式设置的源电极和漏电极的薄膜晶体管。在此，本发明的薄膜晶体管，对将栅电极设置在基板上的底部的底栅型薄膜晶体管进行了说明，但是也可以采用将栅电极设置在栅绝缘膜上与基板相反侧的顶部的顶栅型薄膜晶体管的结构。
另外，在制作本发明的实施方式7的薄膜晶体管37时，可以用于栅电极17、源电极11和漏电极12的材料，只要具有导电性、不与基板2和半导体层36反应，可以使用任何材料。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，作为其它的材料，也可以使用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙烯等导电性的有机物。特别地，栅电极即使比其它的电极的电阻大，也能够动作，所以，为了容易制造，也可以利用与构成源电极和漏电极的材料不同的材料来形成栅电极。
另外，作为上述栅绝缘膜9的材料，只要是具有电绝缘性并且与基板2和各电极以及半导体层36不反应的材料，能够使用任何材料。另外，作为基板2和栅绝缘膜9的形式，可以采用在硅上形成通常的硅氧化膜后、将其作为栅绝缘膜使用的形式，或者，也可以采用在氧化膜形成后、设置树脂等的薄层作为栅绝缘膜发挥作用的形式。另外，栅绝缘膜9也可以将由与基板2和各电极不同的元素构成的化合物通过CVD、蒸镀、溅射等堆积，或者作为溶液进行涂敷、喷涂、电解附着等而形成。另外，为了降低薄膜晶体管37的栅压，使用介电常数高的物质作为栅绝缘膜9的材料已人所知，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形成栅绝缘膜9。另外，不限于无机物，也可以是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。
另外，根据本实施方式，由于在形成薄膜和形成半导体层时，可以使用以往的低温的薄膜形成技术，所以，作为上述基板2，除了可以使用具有柔性的能够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，能够使用聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。由此，可以实现以塑料板或树脂薄膜作为基板的、具有柔性的纸页式显示器或薄式显示器等。
产业上的可利用性本发明的导电性薄膜和薄膜晶体管以及它们的制造方法，作为用于使半导体电路装置和显示装置超小型化和高性能化的导电性薄膜和薄膜晶体管以及它们的制造方法是有用的。另外，作为用于实现纸页式或薄片状的图像显示装置、使用小型并且高性能的半导体电路装置的便携装置、无线IC标签等一次性装置，或者其它的电子设备、机器人、超小型医疗器具等的导电性薄膜和薄膜晶体管以及它们的制造方法是有用的。另外，作为用于廉价地制造这些半导体电路装置和显示装置等的导电性薄膜和薄膜晶体管以及它们的制造方法是有用的。
权利要求
1.一种导电性薄膜，其特征在于将具有导电性或者半导电性的第一材料和第二材料混合，利用所述混合物的液晶性，使该混合物取向而形成。
2.如权利要求1所述的导电性薄膜，其特征在于至少将包含金属性或者半导体性的至少一种的纳米管、和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，从而使所述纳米管的分子取向而形成。
3.如权利要求2所述的导电性薄膜，其特征在于所述纳米管是碳纳米管。
4.如权利要求2所述的导电性薄膜，其特征在于所述液晶性有机化合物是具有向列型液晶相或层列型液晶相中的至少一种的液晶性有机化合物。
5.如权利要求2所述的导电性薄膜，其特征在于所述液晶性有机化合物是具有电荷输送功能的液晶性有机化合物。
6.如权利要求2所述的导电性薄膜，其特征在于所述液晶性有机化合物是具有1个6π电子芳香族环或者m个10π电子芳香族环或者n个14π电子芳香族环的至少任一个的液晶性有机化合物，其中，1+m+n＝1～4，1和n均为0～4的整数。
7.如权利要求6所述的导电性薄膜，其特征在于所述液晶性有机化合物是具有2-苯基萘环、联苯环、苯并噻唑环、t-噻吩环中的至少一个，并且具有近似棒状的分子结构的液晶性有机化合物。
8.如权利要求1所述的导电性薄膜，其特征在于至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成。
9.如权利要求8所述的导电性薄膜，其特征在于所述液晶性有机半导体混合物是所述有机半导体化合物和所述有机化合物通过氢键形成的液晶性有机半导体混合物。
10.如权利要求9所述的导电性薄膜，其特征在于所述有机半导体化合物或所述有机化合物的任一化合物是至少具有氮、氧、硫、卤素中的任一元素的化合物，并且所述元素与氢形成氢键。
11.如权利要求10所述的导电性薄膜，其特征在于所述有机半导体化合物或所述有机化合物的至少具有所述元素的化合物，是还具有不饱和键或者苯环中的至少任一个的化合物。
12.如权利要求8所述的导电性薄膜，其特征在于所述有机半导体化合物是含有并苯类、酞菁类、噻吩类中的至少任一类的有机半导体化合物的衍生物。
13.如权利要求12所述的导电性薄膜，其特征在于所述含有并苯类的有机半导体化合物的衍生物是并五苯衍生物。
14.如权利要求12所述的导电性薄膜，其特征在于所述含有酞菁类的有机半导体化合物的衍生物是铜酞菁衍生物。
15.如权利要求8所述的导电性薄膜，其特征在于通过所述液晶性有机半导体混合物的分子的取向而使所述有机半导体化合物的分子取向后，从该液晶性有机半导体混合物中除去所述有机化合物而形成。
16.如权利要求15所述的导电性薄膜，其特征在于通过加热或紫外线照射中的至少任一种方法，从所述液晶性有机半导体混合物中除去所述有机化合物而形成。
17.如权利要求1所述的导电性薄膜，其特征在于至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向而形成。
18.如权利要求17所述的导电性薄膜，其特征在于所述第一液晶相为层列型液晶相，并且所述第二液晶相为向列型液晶相。
19.如权利要求17所述的导电性薄膜，其特征在于所述有机半导体化合物为含有低聚合物有机半导体化合物的有机半导体化合物。
20.如权利要求17所述的导电性薄膜，其特征在于所述混合组合物为含有70～98重量％的所述有机半导体化合物的混合组合物。
21.如权利要求20所述的导电性薄膜，其特征在于所述混合组合物为含有90～95重量％的所述有机半导体化合物的混合组合物。
22.如权利要求17所述的导电性薄膜，其特征在于所述有机半导体化合物为含有低聚噻吩衍生物的有机半导体化合物。
23.一种导电性薄膜的制造方法，其特征在于将具有导电性或半导电性的第一材料和第二材料混合，利用所述混合物的液晶性，使该混合物取向而形成。
24.如权利要求23所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，使所述纳米管的分子取向而形成。
25.如权利要求24所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用碳纳米管作为所述纳米管。
26.如权利要求24所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用具有向列型液晶相或层列型液晶相中的至少一种的液晶性有机化合物作为所述液晶性有机化合物。
27.如权利要求24所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用具有电荷输送功能的液晶性有机化合物作为所述液晶性有机化合物。
28.如权利要求24所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述液晶性有机化合物，使用具有1个6π电子芳香族环或者m个10π电子芳香族环或者n个14π电子芳香族环的至少任一个的液晶性有机化合物，其中，1+m+n＝1～4，1和n均为0～4的整数。
29.如权利要求28所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述液晶性有机化合物，使用具有2-苯基萘环、联苯环、苯并噻唑环、t-噻吩环中的至少一个，并且具有近似棒状的分子结构的液晶性有机化合物。
30.如权利要求23所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成。
31.如权利要求30所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用所述有机半导体化合物和所述有机化合物通过氢键形成的液晶性有机半导体混合物作为所述液晶性有机半导体混合物。
32.如权利要求31所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用至少具有氮、氧、硫、卤素中的任一元素的化合物作为所述有机半导体化合物或所述有机化合物的任一化合物，并且使所述元素与氢形成氢键。
33.如权利要求32所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述有机半导体化合物或所述有机化合物的至少具有所述元素的化合物，使用还具有不饱和键或者苯环中的至少任一个的化合物。
34.如权利要求30所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述有机半导体化合物，使用含有并苯类、酞菁类、噻吩类中的至少任一类的有机半导体化合物的衍生物。
35.如权利要求34所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用并五苯衍生物作为所述含有并苯类的有机半导体化合物的衍生物。
36.如权利要求34所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用铜酞菁衍生物作为所述含有酞菁类的有机半导体化合物的衍生物。
37.如权利要求30所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于通过所述液晶性有机半导体混合物的分子的取向而使所述有机半导体化合物的分子取向后，从该液晶性有机半导体混合物中除去所述有机化合物而形成。
38.如权利要求37所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于通过加热或紫外线照射中的至少任一种方法，从所述液晶性有机半导体混合物中除去所述有机化合物而形成。
39.如权利要求23所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向而形成。
40.如权利要求39所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用层列型液晶相作为所述第一液晶相，并且使用向列型液晶相作为所述第二液晶相。
41.如权利要求39所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于使用含有低聚合物有机半导体化合物的有机半导体化合物作为所述有机半导体化合物。
42.如权利要求41所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述混合组合物，使用含有70～98重量％的所述有机半导体化合物的混合组合物。
43.如权利要求42所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述混合组合物，使用含有90～95重量％的所述有机半导体化合物的混合组合物。
44.如权利要求39所述的导电性薄膜的制造方法，其特征在于作为所述有机半导体化合物，使用含有低聚噻吩衍生物的有机半导体化合物。
45.一种薄膜晶体管，其特征在于具有权利要求1所述的导电性薄膜，作为构成沟道层的半导体层。
46.如权利要求45所述的薄膜晶体管，其特征在于所述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，从而使所述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
47.如权利要求45所述的薄膜晶体管，其特征在于所述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
48.如权利要求45所述的薄膜晶体管，其特征在于所述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
49.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于包含权利要求23所述的导电性薄膜的制造方法，作为构成沟道层的半导体层的导电性薄膜的制造方法。
50.如权利要求49所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述导电性薄膜的制造方法是由至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，从而使所述纳米管的分子取向的工序构成的导电性薄膜的制造方法。
51.如权利要求49所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述导电性薄膜的制造方法是由至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向的工序构成的导电性薄膜的制造方法。
52.如权利要求49所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述导电性薄膜的制造方法包含下述工序至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向。
53.一种图像显示装置，其特征在于具有权利要求1所述的导电性薄膜，作为导体层或者构成薄膜晶体管的沟道层的半导体层中的至少一个。
54.如权利要求53所述的图像显示装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，从而使所述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
55.如权利要求53所述的图像显示装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
56.如权利要求53所述的图像显示装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度高的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
57.一种电子装置，其特征在于具有权利要求1所述的导电性薄膜，作为导体层或者构成薄膜晶体管的沟道层的半导体层中的至少一个。
58.如权利要求57所述的电子装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将含有金属性或半导体性的至少一种的纳米管和液晶性有机化合物混合，通过使所述液晶性有机化合物的分子取向，从而使所述纳米管的分子取向而形成的导电性薄膜。
59.如权利要求57所述的电子装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将非液晶性的有机半导体化合物和非液晶性的有机化合物混合，通过使该混合形成的液晶性有机半导体混合物的分子取向，从而使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
60.如权利要求57所述的电子装置，其特征在于所述导电性薄膜是至少将具有从液晶相结晶的结晶温度为室温以上的第一液晶相的有机半导体化合物、和在高于所述有机半导体化合物的结晶温度的温度区域显示取向秩序比所述第一液晶相低的第二液晶相的有机化合物混合，在规定的温度区域，使所述第二液晶相显现，从而使该混合形成的混合组合物取向，由此使所述有机半导体化合物的分子取向而形成的导电性薄膜。
全文摘要
本发明提供一种通过简单的方法使纳米管或有机电子功能材料高度地取向而形成的、廉价并且具有柔韧性的、载流子迁移率和导电率优异的导电性薄膜以及一种使用该导电性薄膜的薄膜晶体管。将具有导电性或者半导电性的第一材料(5)和第二材料(6)混合，利用上述混合物的液晶性使该混合物取向，形成导电性薄膜(1)。
文档编号H01L29/06GK1875497SQ20048003229
公开日2006年12月6日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月30日
发明者脇田尚英 申请人:松下电器产业株式会社