JP2018093198A - Semiconductor film and semiconductor element using the same, and dispersion liquid - Google Patents

Semiconductor film and semiconductor element using the same, and dispersion liquid Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor film which can be manufactured in a vacuum process and a low temperature process and which can develop higher mobility; and provide a semiconductor element using the semiconductor film; and provide a dispersion liquid.SOLUTION: In a semiconductor film including metal oxide particles and an organic compound, with respect to the entire semiconductor film of 100 mass%, a content of the metal oxide is not less than 55 mass% and not more than 95 mass% and a content of the organic compound is not less than 5 mass% and not more than 45 mass%; and a ratio (S2/S1) between a peak area S1 attributed to Oions of the metal oxide and a peak area S2 attributed to Oions of oxygen defect of o1s spectra observed by XPS measurement of the semiconductor film is not less than 0.25 and not more than 0.60.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体膜、及びそれを用いた半導体素子、並びに分散液に関する。   The present invention relates to a semiconductor film, a semiconductor element using the semiconductor film, and a dispersion.

近年、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子などの薄型軽量表示素子の開発に伴い、半導体素子としてキャリアの移動度(以下、移動度と記載する)の高い材料の開発が求められている。現在、移動度の高い金属酸化物であるインジウム・ガリウム・亜鉛酸化物といった金属酸化物が開発されている(特許文献1)。   In recent years, with the development of thin and light display elements such as organic electroluminescence (organic EL) elements, development of materials having high carrier mobility (hereinafter referred to as mobility) as semiconductor elements is required. Currently, metal oxides such as indium, gallium, and zinc oxide, which are high mobility metal oxides, have been developed (Patent Document 1).

また、現在の半導体素子はシリコンが中心であり、プロセスは高価な真空装置と高温プロセスを必要とする。また、フォトリソグラフィーを用いているため複数の工程を経る必要がある。このため、半導体素子の製造コストが高いという問題がある。そこで、移動度の高い無機半導体粒子からなる層を形成する方法として、塗布法のような非真空系のプロセスの検討も盛んに行われている。   Moreover, the current semiconductor element is mainly silicon, and the process requires an expensive vacuum apparatus and a high temperature process. Further, since photolithography is used, it is necessary to go through a plurality of steps. For this reason, there exists a problem that the manufacturing cost of a semiconductor element is high. Therefore, as a method for forming a layer made of inorganic semiconductor particles having high mobility, a non-vacuum process such as a coating method has been actively studied.

国際公開第2005/088726号International Publication No. 2005/088726

ところで、無機半導体膜の場合、薄膜の成膜温度として約300度以上の高温を必要とする。このため、無機半導体膜の成膜にはガラス基板やシリコンウェハを基板として用いなければならず、耐衝撃性及びフレキシブル性が望まれる樹脂基板などへの応用は極めて困難である。   By the way, in the case of an inorganic semiconductor film, a high temperature of about 300 ° C. or higher is required as a thin film formation temperature. For this reason, a glass substrate or a silicon wafer must be used as the substrate for forming the inorganic semiconductor film, and application to a resin substrate or the like for which impact resistance and flexibility are desired is extremely difficult.

そこで本発明は、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで製造可能であり、より高い移動度を発現することができる半導体膜、及びそれを用いた半導体素子、並びに分散液を提案することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to propose a semiconductor film that can be manufactured by a non-vacuum process and a low-temperature process and can exhibit higher mobility, a semiconductor element using the semiconductor film, and a dispersion liquid. To do.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention.

すなわち、本発明は、金属酸化物粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記金属酸化物の含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。 That is, the present invention is a semiconductor film containing metal oxide particles and an organic compound, and the content of the metal oxide is 55% by mass or more and 95% by mass with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film. % Or less, the content of the organic compound is 5% by mass or more and 45% by mass or less, and the peak of the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film is attributed to the O 2− ion of the metal oxide. The ratio (S2 / S1) between the area S1 and the peak area S2 attributed to oxygen deficient O 2− ions is 0.25 or more and 0.60 or less.

本発明は、酸化インジウム粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記酸化インジウムの含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、528eVから530eVに存在するピークの面積S1と、530eVから533eVに存在するピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。   The present invention is a semiconductor film containing indium oxide particles and an organic compound, and the content of the indium oxide is 55% by mass or more and 95% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film. The organic compound content is 5% by mass or more and 45% by mass or less, and is present in the peak area S1 existing from 528 eV to 530 eV and from 530 eV to 533 eV in the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film. The ratio (S2 / S1) to the peak area S2 is 0.25 or more and 0.60 or less.

本発明は、酸化亜鉛粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記酸化亜鉛の含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、酸化亜鉛のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。 The present invention is a semiconductor film containing zinc oxide particles and an organic compound, wherein the content of the zinc oxide is 55% by mass or more and 95% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film. The organic compound content is 5% by mass or more and 45% by mass or less, and the peak area S1 attributed to the O 2− ion of zinc oxide in the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film and oxygen The ratio (S2 / S1) to the peak area S2 attributed to the deficient O 2− ions is 0.25 or more and 0.60 or less.

本発明では、前記有機化合物が誘電体であり、比誘電率が5以上100以下であることが好ましい。   In this invention, it is preferable that the said organic compound is a dielectric material and a dielectric constant is 5-100.

本発明では、前記有機化合物が、シアノ基含有有機化合物であることが好ましい。   In the present invention, the organic compound is preferably a cyano group-containing organic compound.

本発明では、前記半導体膜のXPS測定におけるNaの相対元素濃度が、1.0atomic%以下であることが好ましい。   In the present invention, the relative element concentration of Na in the XPS measurement of the semiconductor film is preferably 1.0 atomic% or less.

本発明における半導体素子は、電極と、前記電極に接する、上記に記載の前記半導体膜と、を有することを特徴とする。   A semiconductor element according to the present invention includes an electrode and the semiconductor film described above in contact with the electrode.

本発明における半導体素子では、前記半導体膜の膜厚が、1nm以上1000nm以下であることが好ましい。   In the semiconductor element according to the present invention, the thickness of the semiconductor film is preferably 1 nm or more and 1000 nm or less.

本発明における半導体素子は、トランジスタ素子であることが好ましい。   The semiconductor element in the present invention is preferably a transistor element.

本発明における半導体素子の移動度は、0.001cm/Vs以上、10cm/Vs以下であることが好ましい。 Mobility of the semiconductor device in the present invention, 0.001 cm 2 / Vs or more is preferably not more than 10 cm 2 / Vs.

また、本発明は、金属酸化物粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記金属酸化物粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。 Further, the present invention is a dispersion containing metal oxide particles, an organic compound, and a solvent, and the content of the metal oxide particles is 0.1% with respect to 100% by mass of the whole dispersion. The organic compound content is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and the solvent content is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less. Yes, the area S1 of the peak attributed to the O 2− ion of the metal oxide and the area S2 of the peak attributed to the O 2− ion of oxygen deficiency in the O1s spectrum in the XPS measurement after drying the dispersion The ratio (S2 / S1) is 0.25 or more and 0.60 or less.

また、本発明は、酸化インジウム粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記酸化インジウム粒子の含有量は、0.01質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.01質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、528eVから530eVに存在するピークの面積S1と、530eVから533eVに存在するピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。   Further, the present invention is a dispersion containing indium oxide particles, an organic compound, and a solvent, and the content of the indium oxide particles is 0.01% by mass with respect to 100% by mass of the entire dispersion. The content of the organic compound is 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, and the content of the solvent is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less, The ratio (S2 / S1) of the peak area S1 existing from 528 eV to 530 eV and the peak area S2 present from 530 eV to 533 eV in the O1s spectrum in the XPS measurement after drying of the dispersion is 0.25 or more. 0.60 or less.

また、本発明は、酸化亜鉛粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記酸化亜鉛粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、酸化亜鉛のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする。 Further, the present invention is a dispersion containing zinc oxide particles, an organic compound, and a solvent, and the content of the zinc oxide particles is 0.1% by mass relative to 100% by mass of the entire dispersion. The content of the organic compound is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and the content of the solvent is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less, Ratio of peak area S1 attributed to O 2− ions of zinc oxide and peak area S2 attributed to O 2− ions of oxygen deficiency in the O1s spectrum in XPS measurement after drying of the dispersion ( S2 / S1) is 0.25 or more and 0.60 or less.

本発明の半導体膜、及びそれを用いた半導体素子によれば、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで製造可能であり、より高い移動度を発現することができる。   According to the semiconductor film of the present invention and the semiconductor element using the semiconductor film, it can be manufactured by a non-vacuum process and a low-temperature process, and can exhibit higher mobility.

本発明の分散液を用いることで、半導体膜を、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで形成することができる。   By using the dispersion liquid of the present invention, the semiconductor film can be formed by a non-vacuum process and a low temperature process.

本実施の形態における半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the semiconductor element in this Embodiment. 本実施の形態における半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the semiconductor element in this Embodiment. 本実施の形態における半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the semiconductor element in this Embodiment. 本実施の形態における半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the semiconductor element in this Embodiment. 本実施の形態における半導体素子の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor element in this Embodiment in order of a process.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail.

(半導体膜)
本実施の形態に係る半導体膜について詳細に説明する。本実施の形態に係る半導体膜は、金属酸化物粒子及び有機化合物を有して構成される。
(Semiconductor film)
The semiconductor film according to the present embodiment will be described in detail. The semiconductor film according to this embodiment includes metal oxide particles and an organic compound.

半導体膜は、金属酸化物粒子及び有機化合物のみから構成される膜であってもよいし、金属酸化物粒子及び有機化合物と、その他の成分と、から構成される膜であってもよい。その他の成分としては、例えば、溶媒、バインダー成分、又は無機成分等のいずれか一つ以上が挙げられる。   The semiconductor film may be a film composed only of metal oxide particles and an organic compound, or may be a film composed of metal oxide particles and an organic compound and other components. Examples of other components include any one or more of a solvent, a binder component, and an inorganic component.

本実施の形態における半導体膜(コンポジット体とも称される)は、以下の特徴を有している。
(1) 半導体膜全体100質量%に対し、金属酸化物の含有量は、55質量%以上、95質量%以下である。
(2) 半導体膜100全体質量%に対し、有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下である。
(3) 半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下である。
The semiconductor film (also referred to as a composite body) in this embodiment has the following characteristics.
(1) The content of the metal oxide is 55% by mass to 95% by mass with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film.
(2) The content of the organic compound is 5% by mass or more and 45% by mass or less with respect to the total mass% of the semiconductor film 100.
(3) Ratio of peak area S1 attributed to O 2− ions of metal oxide and peak area S2 attributed to O 2− ions of oxygen deficiency in O1s spectrum in XPS measurement of semiconductor film ( S2 / S1) is 0.25 or more and 0.60 or less.

まず、金属酸化物粒子及び、有機化合物の材質や物性等について説明する。   First, materials and physical properties of metal oxide particles and organic compounds will be described.

<金属酸化物粒子>
金属酸化物粒子とは、少なくとも一つ以上の金属と酸素から構成される粒子である。
<Metal oxide particles>
The metal oxide particles are particles composed of at least one metal and oxygen.

金属酸化物粒子に用いられるものとしては、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化セリウム、酸化コバルト、酸化ホルニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄、スピネル(MgAl)、BaTiO、FeTiO、酸化銅(I)、酸化銅(II)、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銀、酸化チタン(例えば、結晶型がルチル型、アナターゼ型である酸化チタン(IV)を含む)、アルミニウムをドープした酸化亜鉛(AZO)、ガリウムをドープした酸化亜鉛(GZO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化スズ、フッ素ドープの酸化スズ(FTO)、アンチモンドープの酸化スズ、酸化インジウム、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物、酸化ニッケル、酸化バナジウム、チタン酸ストロンチウム、CuAlO、CuGaO、SrCu、LaCuOS、LaCuOSe、CuInO、ZnRh4、12CaO・7Al(C12A7)、Ga、SrCuO等や類似の金属酸化物が挙げられる。 Examples of the metal oxide particles that can be used include aluminum oxide, bismuth oxide, cerium oxide, cobalt oxide, fornium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, iron oxide, spinel (MgAl 2 O 4 ), BaTiO 3. 3 , FeTiO 3 , copper oxide (I), copper oxide (II), iron oxide, zinc oxide, silver oxide, titanium oxide (for example, including titanium oxide (IV) having a rutile type and anatase type crystal form), Aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), indium tin oxide (ITO), tin oxide, fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide, indium oxide, indium Gallium / zinc oxide, nickel oxide, vanadium oxide, titanium Include strontium, CuAlO 2, CuGaO 2, SrCu 2 O 2, LaCuOS, LaCuOSe, CuInO 2, ZnRh 2 O 4, 12CaO · 7Al 2 O 3 (C12A7), Ga 2 O 3, SrCuO like or similar metal oxides It is done.

金属酸化物粒子は、透明性、キャリアの移動度の観点から、酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物が好ましく、特に酸化インジウムが好ましい。また、低コストの観点から、酸化チタン(例えば、結晶型がルチル型、アナターゼ型である酸化チタン(IV)を含む)又は酸化亜鉛、アルミニウムをドープした酸化亜鉛(AZO)、ガリウムをドープした酸化亜鉛(GZO)であることが好ましい。金属酸化物粒子に用いられるこれらの金属酸化物は、2種以上を併用してもよい。   The metal oxide particles are preferably zinc oxide, indium oxide, indium / gallium / zinc oxide, and particularly preferably indium oxide, from the viewpoint of transparency and carrier mobility. In addition, from the viewpoint of low cost, titanium oxide (for example, titanium oxide (IV) including rutile type and anatase type) or zinc oxide, zinc oxide doped with aluminum (AZO), oxidation doped with gallium Zinc (GZO) is preferred. These metal oxides used for the metal oxide particles may be used in combination of two or more.

金属酸化物粒子のX線回折スペクトルにおいて、主要ピークの半値幅は、金属酸化物の結晶性を表す尺度である。金属酸化物粒子のX線回折測定を行った場合、主要ピークから半値幅を測定できる。金属酸化物の結晶性を示すX線回折から得られる半値幅は、金属酸化物粒子内のキャリア移動度の観点から、5.0°以下が好ましく、3.0°以下がより好ましく、2.0°以下が更に好ましく、1.0°以下が最も好ましい。また、金属酸化物粒子の結晶性が高すぎることで成膜性が悪くなるため、当該半値幅は0.004°以上が好ましく、0.01°以上がより好ましく、0.1°以上が更に好ましく、0.2°以上が最も好ましい。   In the X-ray diffraction spectrum of the metal oxide particles, the half width of the main peak is a measure representing the crystallinity of the metal oxide. When the X-ray diffraction measurement of the metal oxide particles is performed, the full width at half maximum can be measured from the main peak. The half width obtained from X-ray diffraction showing the crystallinity of the metal oxide is preferably 5.0 ° or less, more preferably 3.0 ° or less, from the viewpoint of carrier mobility in the metal oxide particles. 0 ° or less is more preferable, and 1.0 ° or less is most preferable. Further, since the film formability is deteriorated because the crystallinity of the metal oxide particles is too high, the half width is preferably 0.004 ° or more, more preferably 0.01 ° or more, and further preferably 0.1 ° or more. Preferably, 0.2 ° or more is most preferable.

金属酸化物粒子の代表的な製法としては、塩化金属水溶液などの金属イオンに、アンモニア、苛性ソーダなどのアルカリを加えて中和・沈殿させ、金属水酸化物又は金属炭酸塩を生成させ、大気雰囲気又は還元性雰囲気で500℃以上の高温で加熱処理(焼成)して結晶化させる方法が提案されている。   A typical method for producing metal oxide particles is to neutralize and precipitate metal ions, such as aqueous metal chloride solutions, by adding alkali such as ammonia or caustic soda to produce metal hydroxides or metal carbonates. Alternatively, a method of crystallizing by heat treatment (baking) at a high temperature of 500 ° C. or higher in a reducing atmosphere has been proposed.

また、金属酸化物粒子の製法として、例えば、金属アルコキシドを、酸性若しくは塩基性条件で加水分解・重縮合反応させることによってゾルを作り、ゾルを乾燥させてゲル化する方法であるゾルゲル法が用いられる。他の製法としては、例えば、金属を直接熱して気化させ、空気で燃焼させるか、金属硫酸又は金属硝酸の熱分解する方法がある。   In addition, as a method for producing metal oxide particles, for example, a sol-gel method is used in which a metal alkoxide is hydrolyzed and polycondensed under acidic or basic conditions to form a sol, and the sol is dried to gel. It is done. Other production methods include, for example, a method in which a metal is directly heated to vaporize and burned with air, or a metal sulfuric acid or metal nitric acid is thermally decomposed.

また、他の製法としては、金属酸化物をスパッタ法などで作製したものを、粉砕して使用してもよい。粉砕する方法としては、乾式粉砕でも湿式粉砕でもよく、双方の方法を用いてもよい。乾式粉砕には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。湿式粉砕時の溶媒としては、下記が挙げられる。   As another manufacturing method, a metal oxide produced by sputtering or the like may be used after being pulverized. The method for pulverization may be either dry pulverization or wet pulverization, and both methods may be used. For the dry pulverization, a Hammar crusher or the like can be used. For wet grinding, a ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer, or the like can be used. The following are mentioned as a solvent at the time of wet grinding.

すなわち、溶媒としては、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。   That is, as a solvent, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, ethylene Glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n -Butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, Propylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, ketones such as glycerin acetone, methyl ethyl ketone, aromatics such as benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran, Examples include butyl lactate and N-methylpyrrolidone. It is also possible to use a mixture of these.

金属酸化物粒子の表面を有機官能基で修飾してもよい。表面を有機官能基で修飾することで、有機溶媒への分散性が向上し、均一な膜が作製できる。有機官能基の修飾方法としては、例えば、シアノエチル化などが挙げられる。   The surface of the metal oxide particles may be modified with an organic functional group. By modifying the surface with an organic functional group, dispersibility in an organic solvent is improved, and a uniform film can be produced. Examples of the method for modifying the organic functional group include cyanoethylation.

金属酸化物粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡又は、走査型電子顕微鏡を用いて測定される。   The average particle diameter of the metal oxide particles is measured using a transmission electron microscope or a scanning electron microscope.

金属酸化物粒子の平均粒子径は、1nm以上500nm以下が好ましい。金属酸化物粒子の平均粒子径としては、接触抵抗低減の観点から、1nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましく、5nm以上が更に好ましく、10nm以上が最も好ましい。また、成膜性の観点から、金属酸化物粒子の平均粒子径は、500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましく、100nm以下が更に好ましく、50nm以下が最も好ましい。   The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm or more and 500 nm or less. The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm or more, more preferably 3 nm or more, still more preferably 5 nm or more, and most preferably 10 nm or more from the viewpoint of reducing contact resistance. Further, from the viewpoint of film formability, the average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and most preferably 50 nm or less.

本実施の形態で用いる金属酸化物粒子は、粒子径分布の相対標準偏差σが、0.1nm以上5.0nm以下であることが好ましい。なお、低抵抗化の観点から、この相対標準偏差σは、3.0nm以下がより好ましく、2.0nm以下が更に好ましく、1.0nm以下が最も好ましい。   The metal oxide particles used in the present embodiment preferably have a relative standard deviation σ of the particle size distribution of 0.1 nm to 5.0 nm. From the viewpoint of reducing resistance, the relative standard deviation σ is more preferably 3.0 nm or less, further preferably 2.0 nm or less, and most preferably 1.0 nm or less.

金属酸化物粒子の中で、酸化インジウムについて説明する。使用できる酸化インジウムの種類としては、酸化インジウム(III)nanopowder,<100nm particle size(TEM),酸化インジウム(III)99.9% trace metals basis、酸化インジウム(III)99.998% trace metals basis、99.99% trace metals basis、酸化インジウム(III)99.5+CAS13143−2,molar mass 277.64g/mol.,99.5+(EMD Millipore)(以上、シグマ−アルドリッチ社製)、酸化インジウム/99.9%、酸化インジウム(III)99.999%−In PURATREM、酸化インジウム99.99% metals basis(以上、和光純薬社製)、Indium Oxide Nanoparticles(SkySpring Nanomaterials Inc製)、酸化インジウム(SP)(稀産金属株式会社製)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Among metal oxide particles, indium oxide will be described. The types of indium oxide that can be used include indium oxide (III) nanopowder, <100 nm particle size (TEM), indium oxide (III) 99.9% trace metals basis, indium oxide (III) 99.998% trace metals basis, 99.99% trace metals basis, indium (III) oxide 99.5 + CAS13143-2, molar mass 277.64 g / mol. , 99.5+ (EMD Millipore) (above, manufactured by Sigma-Aldrich), indium oxide / 99.9%, indium (III) oxide 99.999% -In PURATREM, indium oxide 99.99% metals basis (above, (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Indium Oxide Nanoparticulars (SkySpring Nanomaterials Inc), Indium Oxide (SP) (Rare Metal Co., Ltd.), and the like, are not limited thereto.

酸化インジウム粒子の代表的な製法としては、塩化インジウム水溶液などのインジウムイオンに、アンモニア、苛性ソーダなどのアルカリを加えて中和・沈殿させ、インジウム水酸化物を生成させ、大気雰囲気又は還元性雰囲気で500℃以上の高温で加熱処理(焼成)して結晶化させる方法が提案されている。また、他の製法としては、加熱時の焼結を防ぐために臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムなどの添加物を加える方法が提案されている。   As a typical method for producing indium oxide particles, indium ions such as an indium chloride aqueous solution are neutralized and precipitated by adding an alkali such as ammonia or caustic soda to produce indium hydroxide in an atmospheric or reducing atmosphere. A method of crystallizing by heat treatment (baking) at a high temperature of 500 ° C. or higher has been proposed. As another production method, a method of adding an additive such as hexadecyltrimethylammonium bromide in order to prevent sintering during heating has been proposed.

酸化インジウムの結晶型は、立方晶又はbixbyite型であり、X線回折測定により同定することができる。   The crystal type of indium oxide is a cubic or bixbyte type and can be identified by X-ray diffraction measurement.

金属酸化物粒子の中で、酸化亜鉛について説明する。使用できる酸化亜鉛粒子の種類としては、六角板状酸化亜鉛、板状集積型球状酸化亜鉛、大粒子酸化亜鉛、超微粒子酸化亜鉛、超微粒子酸化亜鉛分散体(以上、堺化学工業社製)、FZO−50(石原産業株式会社製)、MZ−300,MZY−303S、MZ−306X、MZ−500,MZY−505S、MZY−510M3S、MZ−506X、MZ−510HPSX(以上、テイカ社製)、酸化亜鉛分散液(製品番号:721077、721093、721107、721085、633844、以上シグマ−アルドリッチ社製)、酸化亜鉛 nanoparticles,<100nm particle size、酸化亜鉛 nanoparticles,40wt% in ethanol,<130nm particle size、;酸化亜鉛 nanoparticles,<110nm particle size,40 wt% in butyl acetate(以上、シグマ−アルドリッチ製)、酸化亜鉛 0.02μm、酸化亜鉛ナノ粒子 20nm、酸化亜鉛 −5μm,99.9%、酸化亜鉛 99.999%−Zn PURATREM、酸化亜鉛 99.999% metal basis(以上、和光純薬社製)などが挙げられる。   Among the metal oxide particles, zinc oxide will be described. The types of zinc oxide particles that can be used include hexagonal plate-like zinc oxide, plate-like integrated spherical zinc oxide, large particle zinc oxide, ultrafine zinc oxide, ultrafine zinc oxide dispersion (above, Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), FZO-50 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), MZ-300, MZY-303S, MZ-306X, MZ-500, MZY-505S, MZY-510M3S, MZ-506X, MZ-510HPSX (above, manufactured by Teika), Zinc oxide dispersion (Product Nos .: 720107, 721093, 721107, 72085, 633844, and more, manufactured by Sigma-Aldrich), zinc oxide nanoparticles, <100 nm particle size, zinc oxide nanoparticles, 40 wt% in ethanol, <130 nm part size; zinc oxide nanoparticles, <110 nm particle size, 40 wt% in butylacetate (manufactured by Sigma-Aldrich), zinc oxide 0.02 μm, zinc oxide nanoparticles 20 nm, zinc oxide −5 μm, 99.9%, oxide Zinc 99.999% -Zn PURATREM, zinc oxide 99.999% metal basis (above, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) etc. are mentioned.

酸化亜鉛粒子の代表的な製法としては、金属亜鉛を熱して気化させ、空気で燃焼させるか、硫酸亜鉛又は硝酸亜鉛の熱分解がある。また、他の製法としては、塩化亜鉛水溶液から塩基性炭酸亜鉛を沈殿させて、焼成する製法も用いられている。   As a typical method for producing zinc oxide particles, metal zinc is heated and vaporized and burned with air, or zinc sulfate or zinc nitrate is thermally decomposed. As another production method, a production method in which basic zinc carbonate is precipitated from an aqueous zinc chloride solution and baked is also used.

<有機化合物>
本実施の形態で用いられる有機化合物は、金属酸化物粒子の粒子間及び、金属酸化物粒子の表面に存在することで、粒子同士の密着性や、粒子と基板との密着性の向上が期待される。
<Organic compounds>
The organic compound used in this embodiment is expected to improve the adhesion between particles and the adhesion between the particles and the substrate by being present between the metal oxide particles and on the surface of the metal oxide particles. Is done.

キャリアの再結合防止、高移動度の観点から、有機化合物の比誘電率は、5以上100以下が好ましく、より好ましくは7以上70以下であり、更に好ましくは8以上50以下であり、最も好ましくは10以上30以下である。このように、有機化合物は、誘電体として機能する。   From the viewpoint of preventing carrier recombination and high mobility, the relative dielectric constant of the organic compound is preferably 5 or more and 100 or less, more preferably 7 or more and 70 or less, and further preferably 8 or more and 50 or less, and most preferably. Is 10 or more and 30 or less. Thus, the organic compound functions as a dielectric.

また、有機化合物は、金属酸化物粒子周辺に存在することで、成膜性を向上させることができる。   Moreover, the organic compound can improve the film formability by being present around the metal oxide particles.

有機化合物としては、一般的な樹脂として、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂、アセチルセルロース、アニリン樹脂、ABS樹脂、エボナイト、塩化ビニル樹脂、アクリルニトリル樹脂、アニリンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキル樹脂、ウレタン、AS樹脂、エポキシ樹脂、ビニルブチラール樹脂、シリコン樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレンブタジェンゴム、シリコーンゴム、酢酸セルロース、スチレン樹脂、デキストリン、ナイロン、軟質ビニルブチラール樹脂、フッ素系樹脂、フルフラル樹脂、ポリアミド、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアセタール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリサルファイドポリマー、ポリエチレン等が挙げられる。また、アセトン、メチルアルコール、イソブチルアルコール、エチルアルコール、アニリン、イソブチルメチルケトン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、クレゾールグリコール、ジアレルフタレート、デキストリン、ピラノール、フェノール、ベークライトワニス、ホルマリン、チオグリセロール、クロロピレン、コハク酸、コハク酸ニトリル、ニトロセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、デンプン、ヒドロキシプロピルデンプン、プルラン、グルシドールプルラン、ポリビニルアルコール、シュクロース、ソルビトール、シアノ基含有有機化合物等が挙げられる。   As an organic compound, as a general resin, polyvinylidene chloride, acrylic resin, acetyl cellulose, aniline resin, ABS resin, ebonite, vinyl chloride resin, acrylonitrile resin, aniline formaldehyde resin, aminoalkyl resin, urethane, AS resin, Epoxy resin, vinyl butyral resin, silicone resin, vinyl acetate resin, styrene butadiene rubber, silicone rubber, cellulose acetate, styrene resin, dextrin, nylon, soft vinyl butyral resin, fluorine resin, furfural resin, polyamide, polyester resin, polycarbonate Examples thereof include resins, phenol resins, furan resins, polyacetal resins, melamine resins, urea resins, polysulfide polymers, and polyethylene. Also, acetone, methyl alcohol, isobutyl alcohol, ethyl alcohol, aniline, isobutyl methyl ketone, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, cresol glycol, diall phthalate, dextrin, pyranol, phenol, bakelite varnish, formalin Thioglycerol, chloropyrene, succinic acid, succinic nitrile, nitrocellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, starch, hydroxypropyl starch, pullulan, glycidol pullulan, polyvinyl alcohol, sucrose, sorbitol, organic compounds containing cyano group, etc. It is done.

ここで、シアノ基含有有機化合物とは、シアノ基が1つ以上含まれる化合物のことである。シアノ基含有有機化合物は、より好ましくは、シアノエチル基含有有機化合物である。シアノ基含有有機化合物の具体例としては、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース(シアノエチルスクロース)、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルデンプン、シアノエチルヒドロキシプロピルデンプン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルソルビトール等が挙げられる。   Here, the cyano group-containing organic compound is a compound containing one or more cyano groups. The cyano group-containing organic compound is more preferably a cyanoethyl group-containing organic compound. Specific examples of the cyano group-containing organic compound include cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl saccharose (cyanoethyl sucrose), cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl starch, cyanoethyl hydroxypropyl starch, cyanoethyl glycidol pullulan, cyanoethyl sorbitol and the like. .

また、フッ素系樹脂の具体例として、C4−n(nは0から3)を骨格とするポリマーで、具体的には、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。また、これらを共重合させてもよく、前記フッ素系樹脂を基本とし、別な樹脂と共重合させてもよい。また、前記化学式の水素の一部を塩素に置換してもよい。例えば、ポリクロロトリフルオロエチレンなどが挙げられる。 Specific examples of fluorine-based resin, a C 2 F 4-n H n (n is 0 to 3) a polymer as a skeleton, specifically, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc. Is mentioned. Moreover, these may be copolymerized, and based on the fluororesin, it may be copolymerized with another resin. In addition, a part of hydrogen in the chemical formula may be substituted with chlorine. For example, polychlorotrifluoroethylene and the like can be mentioned.

更に、フッ素系樹脂の具体例として、フッ素系イオン交換樹脂が挙げられる。具体的には、一般式CF=CF−O(CFCFO−(CF−Wで表わされるフッ化ビニル化合物と、一般式CF=CFZで表わされるフッ化オレフィンとの、少なくとも2元共重合体からなるものが挙げられる。ここで、XはF、又は、炭素数1から3のパーフルオロアルキル基、nは、0から3の整数、mは、1から5の整数、Zは、H、Cl、F、又は、炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。また、Wは、COOH、SOH、SOF、SOCl、SOBr、COF、COCl、COBr、COCH、COで表される基のいずれかである。 Furthermore, a fluorine-type ion exchange resin is mentioned as a specific example of a fluorine-type resin. Specifically, the general formula CF 2 = CF-O (CF 2 CF X) n O- (CF 2) m and fluorinated vinyl compound represented by -W, fluorinated olefin of the formula CF 2 = CFZ And consisting of at least a binary copolymer. Here, X is F or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, n is an integer of 0 to 3, m is an integer of 1 to 5, Z is H, Cl, F, or carbon It is a perfluoroalkyl group of number 1-3. W is any of the groups represented by COOH, SO 3 H, SO 2 F, SO 2 Cl, SO 2 Br, COF, COCl, COBr, CO 2 CH 3 , and CO 2 C 2 H 5. .

特に、有機化合物の場合、極性の高い原子、又は、官能基を含む有機化合物であると誘電率が大きく好ましい。極性の指標となる双極子モーメントは、結合モーメントの和で推測できる。比誘電率が2以上の有機化合物としては、結合モーメントが1.4D(D=3.33564×10−30Cm)以上の置換基を有している化合物が好ましい。結合モーメントが1.4D以上である置換基としては、OH、CF、CCl、C=O、N=O、CN等がある。これらの置換基を有する比誘電率が2以上の有機化合物としては、フッ素系樹脂、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物等が挙げられる。移動度の観点から、フッ素系樹脂やシアノ基含有有機化合物が好ましい。特に、シアノ基含有有機化合物が良く、更にシアノエチル基含有有機化合物がよい。 In particular, in the case of an organic compound, an organic compound containing a highly polar atom or a functional group is preferable because of its large dielectric constant. The dipole moment that serves as an index of polarity can be estimated by the sum of the coupling moments. As the organic compound having a relative dielectric constant of 2 or more, a compound having a substituent having a bond moment of 1.4D (D = 3.333564 × 10 −30 Cm) or more is preferable. Examples of the substituent having a bond moment of 1.4D or more include OH, CF, CCl, C═O, N═O, and CN. Examples of organic compounds having these substituents and having a relative dielectric constant of 2 or more include fluorine-based resins, glycerin, thioglycerol, and cyano group-containing organic compounds. From the viewpoint of mobility, fluorine-based resins and cyano group-containing organic compounds are preferred. In particular, a cyano group-containing organic compound is preferable, and a cyanoethyl group-containing organic compound is more preferable.

半導体膜中の有機化合物は、金属酸化物粒子のバインダーとして機能する観点から分子量600以上の有機化合物がよい。   The organic compound in the semiconductor film is preferably an organic compound having a molecular weight of 600 or more from the viewpoint of functioning as a binder for metal oxide particles.

ところで、本発明者らは、上記に挙げた特徴点(1)(2)の含有量と共に、金属酸化物粒子と有機化合物とを混合して半導体膜を作製したときに、半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)を、0.25以上0.60以下に制御した場合に、半導体特性が著しく向上することを見出した(上記の特徴点(3))。この範囲は、例えば、半導体膜の成膜前における、酸化物半導体粒子に対するアニール温度や時間にて制御することができる。アニール温度を高く、アニール時間を長くすると、比(S2/S1)は小さくなる。また、オゾン存在下で焼成処理を行うことで比(S2/S1)は更に小さく制御できる。 By the way, when the present inventors prepared a semiconductor film by mixing metal oxide particles and an organic compound together with the contents of the feature points (1) and (2) listed above, XPS measurement of the semiconductor film was performed. The ratio (S2 / S1) of the area S1 of the peak attributed to the O 2− ion of the metal oxide to the area S2 of the peak attributed to the O 2− ion having an oxygen deficiency in the O1s spectrum at 0. It has been found that the semiconductor characteristics are remarkably improved when controlled to 25 or more and 0.60 or less (the above characteristic point (3)). This range can be controlled by, for example, the annealing temperature and time for the oxide semiconductor particles before the formation of the semiconductor film. If the annealing temperature is increased and the annealing time is increased, the ratio (S2 / S1) is decreased. Further, the ratio (S2 / S1) can be controlled to be smaller by performing the baking treatment in the presence of ozone.

一方、有機化合物の添加による相互作用により、比(S2/S1)は大きくなり、その結果、比(S2/S1)を、0.25以上、0.60以下に制御することができる。   On the other hand, the ratio (S2 / S1) increases due to the interaction due to the addition of the organic compound, and as a result, the ratio (S2 / S1) can be controlled to 0.25 or more and 0.60 or less.

すなわち、本実施の形態における半導体膜は、後述するように、酸化物半導体を用いた半導体素子に使用されるが、半導体特性の向上のためには、半導体素子の酸素欠陥を適切に制御することが必要である。そこで、発明者らが鋭意検討の結果、半導体素子の酸素欠陥を適切に制御するためには、半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることが重要であることを見出したのである。 In other words, the semiconductor film in this embodiment is used for a semiconductor element using an oxide semiconductor as described later, but in order to improve semiconductor characteristics, oxygen defects of the semiconductor element should be appropriately controlled. is necessary. Therefore, as a result of intensive studies by the inventors, in order to appropriately control oxygen defects of the semiconductor element, the area of the peak attributed to the O 2− ion of the metal oxide in the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film. It has been found that it is important that the ratio (S2 / S1) between S1 and the peak area S2 attributed to oxygen deficient O 2− ions is 0.25 or more and 0.60 or less. .

この比(S2/S1)は、金属酸化物粒子と有機化合物との相互作用に基づくものであり、ピークの面積S1は、半導体膜内部における酸素からなり、ピークの面積S2は、半導体膜の酸素欠損と半導体膜表面の酸素、及び有機化合物との相互作用に起因するものからなると考えられる。よって、ピークの面積S1と、ピークの面積S2との比(S2/S1)の調整を行うことで、酸素欠陥を適切に制御することが可能になる。   This ratio (S2 / S1) is based on the interaction between the metal oxide particles and the organic compound. The peak area S1 is made of oxygen inside the semiconductor film, and the peak area S2 is the oxygen of the semiconductor film. It is considered that the defect is caused by an interaction between oxygen and organic compounds on the surface of the semiconductor film. Therefore, by adjusting the ratio (S2 / S1) between the peak area S1 and the peak area S2, oxygen defects can be appropriately controlled.

本実施の形態では、半導体特性のキャリア移動度の観点から、半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、ピークの面積S1と、ピークの面積S2との比(S2/S1)は、0.25以上が好ましく、0.30以上がより好ましく、0.31以上が更に好ましく、0.32以上が最も好ましい。また、同様に、半導体特性の観点、特に、トランジスタ素子のオフ電流低減の観点から、比(S2/S1)は、0.60以下が好ましく、0.50以下がより好ましく、0.40以下が更に好ましく、0.35以下が最も好ましい。   In the present embodiment, from the viewpoint of carrier mobility of semiconductor characteristics, the ratio (S2 / S1) between the peak area S1 and the peak area S2 in the O1s spectrum in XPS measurement of the semiconductor film is 0.25 or more. Is preferably 0.30 or more, more preferably 0.31 or more, and most preferably 0.32 or more. Similarly, the ratio (S2 / S1) is preferably 0.60 or less, more preferably 0.50 or less, and more preferably 0.40 or less from the viewpoint of semiconductor characteristics, particularly from the viewpoint of reducing off-state current of transistor elements. More preferred is 0.35 or less.

また、金属酸化物粒子と有機化合物とを混合して成る半導体膜とすることで、半導体膜のフレキシブル性を向上させることができる。フレキシブル性の向上にも、金属酸化物粒子と有機化合物との相互作用が重要である。   Moreover, the flexibility of a semiconductor film can be improved by setting it as the semiconductor film which mixes a metal oxide particle and an organic compound. In order to improve flexibility, the interaction between the metal oxide particles and the organic compound is important.

また、金属酸化物粒子と有機化合物とを混合することで、キャリアの伝導パスが増加する効果がある。金属酸化物粒子だけで半導体膜を形成すると、すなわち、金属酸化物100%で半導体膜を形成すると、金属酸化物粒子同士が繋がっていない箇所が多数発生する。そこで、金属酸化物粒子と有機化合物とを混合することで、疑似的に金属酸化物粒子間のコンタクトを増やすことができる。また、実際に金属酸化物粒子同士が密接につながっていなくても、有機化合物が数nmの間隔で入ることにより、キャリアが半導体膜の内部を通りぬけることが可能になると推測される。また、半導体膜中に占める金属酸化物粒子が多すぎると、基板への成膜性が低下する問題がある。   In addition, mixing the metal oxide particles and the organic compound has an effect of increasing the carrier conduction path. When a semiconductor film is formed using only metal oxide particles, that is, when a semiconductor film is formed using 100% metal oxide, a large number of portions where the metal oxide particles are not connected to each other are generated. Therefore, by mixing the metal oxide particles and the organic compound, the contact between the metal oxide particles can be increased in a pseudo manner. In addition, even if the metal oxide particles are not actually closely connected, it is presumed that carriers can pass through the inside of the semiconductor film when the organic compound enters at intervals of several nm. Moreover, when there are too many metal oxide particles in a semiconductor film, there exists a problem that the film formability to a board | substrate falls.

また、金属酸化物粒子と有機化合物をコンポジットすることで、周辺酸素(すなわち、粒子界面の空壁に存在する空気)を遮断することができる。その結果、酸素で失活するキャリアを減らすことができるため、キャリア密度の向上や移動度の向上を図ることができる。   In addition, by compositing metal oxide particles and an organic compound, surrounding oxygen (that is, air existing on the empty wall at the particle interface) can be blocked. As a result, the number of carriers deactivated by oxygen can be reduced, so that carrier density and mobility can be improved.

金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜中の金属酸化物粒子の含有量は、半導体膜全体を100質量%としたとき、半導体特性の観点から、55質量%以上が好ましく、65質量%以上がより好ましく、80質量%が更に好ましく、90質量%が最も好ましい。また、同様の観点から、金属酸化物粒子の含有量は、95質量%以下が好ましく、94質量%以下がより好ましく、93質量%以下が更に好ましく、92質量%以下が最も好ましい。   The content of the metal oxide particles in the semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound is preferably 55% by mass or more and 65% by mass from the viewpoint of semiconductor characteristics when the entire semiconductor film is 100% by mass. The above is more preferable, 80% by mass is further preferable, and 90% by mass is most preferable. Further, from the same viewpoint, the content of the metal oxide particles is preferably 95% by mass or less, more preferably 94% by mass or less, still more preferably 93% by mass or less, and most preferably 92% by mass or less.

金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜中の金属酸化物粒子の含有量は、半導体膜全体を100質量%としたとき、半導体特性の観点から、15体積%以上が好ましく、21体積%以上がより好ましく、36体積%が更に好ましく、56体積%が最も好ましい。また、同様の観点から、金属酸化物粒子の含有量は、73体積%以下が好ましく、69体積%以下がより好ましく、65体積%以下が更に好ましく、62体積%以下が最も好ましい。   The content of the metal oxide particles in the semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound is preferably 15% by volume or more and 21% by volume from the viewpoint of semiconductor characteristics when the entire semiconductor film is 100% by mass. The above is more preferable, 36% by volume is more preferable, and 56% by volume is most preferable. From the same viewpoint, the content of the metal oxide particles is preferably 73% by volume or less, more preferably 69% by volume or less, still more preferably 65% by volume or less, and most preferably 62% by volume or less.

また、半導体膜中の有機化合物の含有量は、フレキシブル性の観点から、5質量%以上が好ましく、6質量%以上がより好ましく、7質量%が更に好ましく、8質量%が最も好ましい。また、同様の観点から、有機化合物の含有量は、45質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が更により好ましい。   The content of the organic compound in the semiconductor film is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, still more preferably 7% by mass, and most preferably 8% by mass from the viewpoint of flexibility. From the same viewpoint, the content of the organic compound is preferably 45% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.

同様の観点から、27体積%以上が好ましく、31体積%以上がより好ましく、35体積%が更に好ましく、38体積%が最も好ましい。また、同様の観点から、有機化合物の含有量は、85体積%以下が好ましく、79体積%以下がより好ましく、64体積%以下が更に好ましく、44体積%以下が更により好ましい。   From the same viewpoint, it is preferably 27% by volume or more, more preferably 31% by volume or more, still more preferably 35% by volume, and most preferably 38% by volume. From the same viewpoint, the content of the organic compound is preferably 85% by volume or less, more preferably 79% by volume or less, still more preferably 64% by volume or less, and still more preferably 44% by volume or less.

半導体膜のXPS測定における不純物の相対元素濃度を1.0atomic%以下に制御した場合に、半導体特性の、特にトランジスタとして使用した際のオフ電流とヒステリシス特性が著しく向上することを見出した。同様の観点から、不純物の相対元素濃度は0.8atomic%以下がより好ましく、0.5atomic%以下が更に好ましく、0.1atomic%以下が特に好ましい。不純物元素としてはNa、Cl、Ca等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   It has been found that when the relative element concentration of impurities in XPS measurement of a semiconductor film is controlled to 1.0 atomic% or less, the semiconductor characteristics, particularly the off-state current and hysteresis characteristics when used as a transistor, are remarkably improved. From the same viewpoint, the relative element concentration of the impurity is more preferably 0.8 atomic% or less, further preferably 0.5 atomic% or less, and particularly preferably 0.1 atomic% or less. Examples of the impurity element include Na, Cl, Ca, and the like, but are not limited thereto.

不純物量を低減するために、金属酸化物粒子を洗浄して用いることができる。洗浄方法は、湿式洗浄と乾式洗浄があり、適宜組み合わせて用いることができる。   In order to reduce the amount of impurities, the metal oxide particles can be washed and used. There are wet cleaning methods and dry cleaning methods, which can be used in appropriate combination.

湿式洗浄は、金属酸化物粒子の洗浄液への含浸、金属酸化物粒子から洗浄液への不純物の移行、金属酸化物粒子の回収の3つの工程からなる。金属酸化物粒子の洗浄液への含浸工程の際、洗浄液として、特に限定されないが、超純水、クエン酸水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液単独、もしくは組み合わせて用いることができる。また、洗浄液に市販の界面活性剤を用いることもできる。   The wet cleaning includes three steps: impregnation of the metal oxide particles into the cleaning liquid, migration of impurities from the metal oxide particles to the cleaning liquid, and recovery of the metal oxide particles. In the step of impregnating the metal oxide particles into the cleaning liquid, the cleaning liquid is not particularly limited, but ultrapure water, citric acid aqueous solution, sodium hydrogen carbonate aqueous solution alone or in combination can be used. A commercially available surfactant can also be used for the cleaning liquid.

金属酸化物粒子から洗浄液への不純物の移行工程では、手動での撹拌や超音波洗浄機を用いることができる。特に超音波洗浄機は、超音波のキャビテーション、振動加速度、直進流などの物理的作用で不純物を多く洗浄液に移行させることができる。また、超音波により洗浄液の化学反応が促進され、不純物を多く洗浄液に移行させることができる。   In the step of transferring impurities from the metal oxide particles to the cleaning liquid, manual stirring or an ultrasonic cleaning machine can be used. In particular, the ultrasonic cleaner can transfer a large amount of impurities to the cleaning liquid by physical actions such as ultrasonic cavitation, vibration acceleration, and straight flow. Further, the chemical reaction of the cleaning liquid is promoted by the ultrasonic wave, and a large amount of impurities can be transferred to the cleaning liquid.

金属酸化物粒子の回収工程は、不純物を含んだ洗浄液と粒子を分離するために、膜蒸留や遠心分離により固形分を多く含んだ金属酸化物を回収できる。上記3つの工程を繰り返し行うことで金属酸化物粒子の不純物をより低減することができる。   In the metal oxide particle recovery step, the metal oxide containing a large amount of solids can be recovered by membrane distillation or centrifugal separation in order to separate the cleaning liquid and particles containing impurities. By repeating the above three steps, impurities in the metal oxide particles can be further reduced.

乾式洗浄として、UV−オゾン洗浄や酸素プラズマ処理がある。乾式洗浄により、湿式洗浄では落ちにくかった金属酸化物表面に強く化学吸着した分子や、元素を低減することができる。   Dry cleaning includes UV-ozone cleaning and oxygen plasma treatment. By dry cleaning, molecules and elements strongly chemisorbed on the metal oxide surface, which was difficult to remove by wet cleaning, can be reduced.

(半導体素子)
本実施の形態における半導体素子は、電極と、電極に接して形成された上記半導体膜と、を有して構成される。
(Semiconductor element)
The semiconductor element in this embodiment includes an electrode and the semiconductor film formed in contact with the electrode.

半導体素子としては、ダイオード、トランジスタ、薄膜トランジスタ(thin film transistor)、メモリ、フォトダイオード、発光ダイオード、発光トランジスタ、センサ等が挙げられる。   Examples of the semiconductor element include a diode, a transistor, a thin film transistor, a memory, a photodiode, a light emitting diode, a light emitting transistor, and a sensor.

トランジスタ及び薄膜トランジスタ(以下、トランジスタ素子と総称する)は、アクティブマトリックス駆動方式ディスプレイ、液晶ディスプレイ、分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、有機発光ディスプレイ、電子ペーパー等の種々の表示装置や、粒子回転型表示素子等の種々の表示素子に利用可能である。   Transistors and thin film transistors (hereinafter collectively referred to as transistor elements) include various display devices such as active matrix display, liquid crystal display, distributed liquid crystal display, electrophoretic display, electrochromic display, organic light emitting display, and electronic paper. It can be used for various display elements such as a particle rotation type display element.

トランジスタ素子は、これらの表示装置において表示画素のスイッチング用トランジスタ、信号ドライバー回路素子、メモリ回路素子、信号処理回路素子等に利用される。   In these display devices, the transistor element is used for a display pixel switching transistor, a signal driver circuit element, a memory circuit element, a signal processing circuit element, and the like.

表示装置又は表示素子(以下、表示装置と総称する。)のスイッチング用トランジスタは、表示装置の各画素に配置され、各画素の表示状態をスイッチングする。このようなアクティブ駆動素子は、対向する導電性基板のパターニングが不要なため、回路構成によっては、画素の表示状態をスイッチングするトランジスタを持たないパッシブ駆動型の表示装置と比べて、画素配線を簡略化できる。通常は、1画素当たり1個から数個のスイッチング用トランジスタが配置される。このような表示装置は、基板面に二次元的に形成したデータラインとゲートラインとを交差した構造を有し、データラインやゲートラインがトランジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極にそれぞれ接合されている。なお、データラインとゲートラインとを分割することや、電流供給ライン、信号ラインを追加することも可能である。   A switching transistor of a display device or a display element (hereinafter collectively referred to as a display device) is disposed in each pixel of the display device and switches a display state of each pixel. Since such an active drive element does not require patterning of the opposing conductive substrate, depending on the circuit configuration, the pixel wiring is simplified compared to a passive drive type display device that does not have a transistor that switches the display state of the pixel. Can be Usually, one to several switching transistors are arranged per pixel. Such a display device has a structure in which a data line and a gate line which are two-dimensionally formed on a substrate surface intersect each other, and the data line and the gate line are respectively joined to the gate electrode, the source electrode and the drain electrode of the transistor. ing. It is possible to divide the data line and the gate line, and to add a current supply line and a signal line.

また、表示装置の各画素に、画素配線、トランジスタに加えてキャパシタを併設して、信号を記録する機能を付与することもできる。更に、表示装置が形成された基板に、データライン及びゲートラインのドライバー回路、画素信号のメモリ回路、パルスジェネレータ、信号分割器、コントローラ等を搭載することもできる。   Each pixel of the display device can be provided with a function of recording a signal by adding a capacitor in addition to the pixel wiring and the transistor. Furthermore, a driver circuit for data lines and gate lines, a memory circuit for pixel signals, a pulse generator, a signal divider, a controller, and the like can be mounted on the substrate over which the display device is formed.

半導体素子が薄膜トランジスタである場合には、その素子構造としては、例えば、基板/ゲート電極/絶縁体層(誘電体層)/ソース電極・ドレイン電極/半導体層という構造(ボトムコンタクト構造)、基板/半導体層/ソース電極・ドレイン電極/絶縁体層(誘電体層)/ゲート電極という構造(トップゲート構造)、基板/ゲート電極/絶縁体層(誘電体層)/半導体層/ソース電極・ドレイン電極という構造(トップコンタクト構造)等が挙げられる。絶縁体層(誘電体層)は、ゲート絶縁膜であり、例えば、比誘電率が3以上150以下の有機化合物膜からなる。また、ソース電極、ドレイン電極、及び、ゲート電極は、それぞれ複数設けてもよい。また、複数の半導体層を同一平面内に設けてもよいし、積層して設けてもよい。   When the semiconductor element is a thin film transistor, the element structure may be, for example, a structure of substrate / gate electrode / insulator layer (dielectric layer) / source electrode / drain electrode / semiconductor layer (bottom contact structure), substrate / Semiconductor layer / source electrode / drain electrode / insulator layer (dielectric layer) / gate electrode structure (top gate structure), substrate / gate electrode / insulator layer (dielectric layer) / semiconductor layer / source electrode / drain electrode (Top contact structure) and the like. The insulator layer (dielectric layer) is a gate insulating film, and is made of, for example, an organic compound film having a relative dielectric constant of 3 to 150. A plurality of source electrodes, drain electrodes, and gate electrodes may be provided. Further, a plurality of semiconductor layers may be provided in the same plane or may be provided in a stacked manner.

半導体素子の移動度(例えば、上述した薄膜トランジスタの移動度)は、画像を表示する素子に利用するためには、0.001cm/Vs以上が好ましく、0.01cm/Vs以上がより好ましく、0.1cm/Vs以上が更に好ましく、1cm/Vs以上が最も好ましい。また、同様の観点で、10cm/Vs以下が好ましく、8cm/Vs以上がより好ましく、6cm/Vs以上が更に好ましく、4cm/Vs以上が最も好ましい。 Mobility of the semiconductor element (e.g., mobility of the thin film transistor described above), in order to use the device for displaying an image is preferably at least 0.001 cm 2 / Vs, more preferably at least 0.01 cm 2 / Vs, more preferably at least 0.1 cm 2 / Vs, most preferably at least 1 cm 2 / Vs. For the same viewpoint, preferably 10 cm 2 / Vs or less, more preferably more than 8 cm 2 / Vs, more preferably at least 6 cm 2 / Vs, most preferably at least 4 cm 2 / Vs.

トランジスタ素子の構成としては、薄膜トランジスタのほかに、MOS(メタル−酸化物(絶縁体層)−半導体)型トランジスタ、バイポーラ型トランジスタのいずれでも採用可能である。バイポーラ型トランジスタの素子構造としては、例えば、n型半導体層/p型半導体層/n型半導体層という構造や、p型半導体層/n型半導体層/p型半導体層という構造が挙げられ、各半導体層に電極が接続されている。そして、p型半導体層やn型半導体層の少なくとも一つに、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜が使用される。   As a configuration of the transistor element, in addition to the thin film transistor, any of a MOS (metal-oxide (insulator layer) -semiconductor) type transistor and a bipolar type transistor can be employed. Examples of the element structure of the bipolar transistor include a structure of n-type semiconductor layer / p-type semiconductor layer / n-type semiconductor layer and a structure of p-type semiconductor layer / n-type semiconductor layer / p-type semiconductor layer. An electrode is connected to the semiconductor layer. A semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound of this embodiment is used for at least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer.

また、半導体素子がダイオードである場合には、その素子構造としては、例えば、電極/n型半導体層/p型半導体層/電極という構造が挙げられる。そして、p型半導体層又はn型半導体層に、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜が使用される。   When the semiconductor element is a diode, the element structure includes, for example, a structure of electrode / n-type semiconductor layer / p-type semiconductor layer / electrode. A semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound of this embodiment is used for the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer.

金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜は、電極と接触しており、半導体膜と電極との接合面の少なくとも一部は、ショットキー接合及び/又はトンネル接合とすることができる。このような接合構造の例としては、例えば、電極/ショットキー接合(トンネル接合)/半導体層/電極という構造、電極/半導体層/トンネル接合/半導体層/電極という構造、電極/ショットキー接合(トンネル接合)/半導体層/トンネル接合/半導体層/電極という構造等が挙げられる。   The semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound is in contact with the electrode, and at least a part of the bonding surface between the semiconductor film and the electrode can be a Schottky junction and / or a tunnel junction. Examples of such a junction structure include, for example, an electrode / Schottky junction (tunnel junction) / semiconductor layer / electrode structure, an electrode / semiconductor layer / tunnel junction / semiconductor layer / electrode structure, and an electrode / Schottky junction ( (Tunnel junction) / semiconductor layer / tunnel junction / semiconductor layer / electrode.

これらのショットキー接合及び、トンネル接合は、ダイオード特性の調整やトンネル接合素子に利用できるばかりでない。ショットキー接合部及び、トンネル接合部に磁性材料や、光応答性材料を用いれば、より高機能な半導体素子を製造することができる。   These Schottky junctions and tunnel junctions are not only usable for adjustment of diode characteristics and tunnel junction elements. If a magnetic material or a photoresponsive material is used for the Schottky junction and the tunnel junction, a more sophisticated semiconductor element can be manufactured.

また、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜に、ショットキー接合及び/又はトンネル接合を適用するだけで、ダイオードを形成することができる。このような接合構造を有する半導体素子は、単純な構成でダイオードやトランジスタを作製することができるので好ましい。更に、このような接合構造を有する半導体素子を複数接合して、インバータ、オシレータ、メモリ回路、センサ等の各種素子を形成することもできる。   Further, a diode can be formed only by applying a Schottky junction and / or a tunnel junction to the semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound of this embodiment. A semiconductor element having such a junction structure is preferable because a diode or a transistor can be manufactured with a simple structure. Furthermore, various elements such as an inverter, an oscillator, a memory circuit, and a sensor can be formed by bonding a plurality of semiconductor elements having such a bonded structure.

また、本実施の形態の半導体素子は、ICカード、スマートカード、又は電子タグ等の電子機器における演算素子、記憶素子としても利用することができる。その場合、これらが接触型であっても非接触型であっても、問題なく適用可能である。   The semiconductor element of this embodiment can also be used as an arithmetic element or a storage element in an electronic device such as an IC card, a smart card, or an electronic tag. In that case, even if these are a contact type or a non-contact type, they can be applied without any problem.

これらICカード、スマートカード、及び電子タグは、メモリ、パルスジェネレータ、信号分割器、コントローラ、キャパシタ等で構成されており、更にアンテナ、バッテリを備えていてもよい。   These IC cards, smart cards, and electronic tags are composed of a memory, a pulse generator, a signal divider, a controller, a capacitor, and the like, and may further include an antenna and a battery.

更に、本実施の形態の半導体素子は、センサとして利用することができ、例えば、ガスセンサ、バイオセンサ、血液センサ、免疫センサ、人工網膜、味覚センサ等、種々のセンサに応用することができる。   Furthermore, the semiconductor element of this embodiment can be used as a sensor, and can be applied to various sensors such as a gas sensor, a biosensor, a blood sensor, an immune sensor, an artificial retina, and a taste sensor.

次に、本実施の形態の半導体膜を用いた半導体素子の具体例を示す。   Next, a specific example of a semiconductor element using the semiconductor film of this embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に係る半導体素子100の構成例の一例に示す断面図である。図1に示すように、この半導体素子100は、ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタであり、基板110と、基板110上に形成されたゲート電極120と、基板110上に形成されてゲート電極120を覆う絶縁体層130と、ソース電極140と、ドレイン電極150と、半導体層160とを有する。ソース電極140は、基板110上に形成されおり、絶縁体層130を介してゲート電極120の一方の端部上を覆っている。また、ドレイン電極150は、基板110上に形成されており、絶縁体層130を介してゲート電極120の他方の端部上を覆っている。半導体層160は、絶縁体層130を介してゲート電極120上に形成されており、ソース電極140とドレイン電極150との間(すなわち、ギャップ)に現れる絶縁体層130上から、ソース電極140上及びドレイン電極150上にかけて形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a configuration example of a semiconductor element 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor element 100 is a thin film transistor having a bottom contact structure, and includes a substrate 110, a gate electrode 120 formed on the substrate 110, and an insulation formed on the substrate 110 to cover the gate electrode 120. The body layer 130, the source electrode 140, the drain electrode 150, and the semiconductor layer 160 are included. The source electrode 140 is formed on the substrate 110 and covers one end of the gate electrode 120 with the insulator layer 130 interposed therebetween. The drain electrode 150 is formed on the substrate 110 and covers the other end of the gate electrode 120 with the insulator layer 130 interposed therebetween. The semiconductor layer 160 is formed on the gate electrode 120 with the insulator layer 130 interposed therebetween. From the insulator layer 130 that appears between the source electrode 140 and the drain electrode 150 (ie, a gap), the semiconductor layer 160 is formed on the source electrode 140. And over the drain electrode 150.

基板110の材料としては、ガラス又は樹脂等が挙げられる。また、ゲート電極120、ソース電極140及び、ドレイン電極150の各材料としては、金属、導電性セラミック材料、炭素、導電性有機材料等が挙げられる。ゲート電極120、ソース電極140及び、ドレイン電極150の各材料は、金属酸化物やシリコンと良好な接合や密着性を得る観点から、より好ましくは金、銀、アルミニウム、銅、酸化インジウムスズ(ITO)、又は、インジウム―ガリウム合金がよい。半導体層160は、薄膜トランジスタのボディ層(すなわち、チャネルが形成される層)であり、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜により形成される。   Examples of the material of the substrate 110 include glass or resin. Examples of the material for the gate electrode 120, the source electrode 140, and the drain electrode 150 include metals, conductive ceramic materials, carbon, and conductive organic materials. Each material of the gate electrode 120, the source electrode 140, and the drain electrode 150 is more preferably gold, silver, aluminum, copper, indium tin oxide (ITO) from the viewpoint of obtaining good bonding and adhesion with metal oxide or silicon. Or an indium-gallium alloy. The semiconductor layer 160 is a body layer of a thin film transistor (that is, a layer in which a channel is formed), and is formed using a semiconductor film containing metal oxide particles and an organic compound of this embodiment.

図2は、本実施の形態に係る半導体素子200の一例を模式的に示す断面図である。図2に示すように、この半導体素子200は、トップゲート構造の薄膜トランジスタであり、基板210と、基板210上に形成されたソース電極240及びドレイン電極250と、基板210上に形成されてソース電極240及びドレイン電極250を覆う半導体層260と、半導体層260上に形成された絶縁体層230と、絶縁体層230上に形成されたゲート電極220と、を有する。図2に示すように、ソース電極240とドレイン電極250は、互いに離れて配置されている。半導体層260は、ソース電極240とドレイン電極250との間(すなわち、ギャップ)に現れる基板210上から、ソース電極240上及びドレイン電極250上にかけて形成されている。半導体層260は、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜により形成される。また、ゲート電極220は、絶縁体層230を介して、半導体層260上に形成されており、ゲート電極220と、ソース電極240上及びドレイン電極250とが、絶縁体層230及び半導体層260を介して一部対向して設けられている。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the semiconductor element 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the semiconductor element 200 is a thin film transistor having a top gate structure, and includes a substrate 210, a source electrode 240 and a drain electrode 250 formed on the substrate 210, and a source electrode formed on the substrate 210. 240, the semiconductor layer 260 covering the drain electrode 250, the insulator layer 230 formed on the semiconductor layer 260, and the gate electrode 220 formed on the insulator layer 230. As shown in FIG. 2, the source electrode 240 and the drain electrode 250 are arranged apart from each other. The semiconductor layer 260 is formed from the substrate 210 appearing between the source electrode 240 and the drain electrode 250 (that is, the gap) to the source electrode 240 and the drain electrode 250. The semiconductor layer 260 is formed using a semiconductor film containing the metal oxide particles of this embodiment and an organic compound. The gate electrode 220 is formed over the semiconductor layer 260 with the insulator layer 230 interposed therebetween, and the gate electrode 220, the source electrode 240, and the drain electrode 250 connect the insulator layer 230 and the semiconductor layer 260. Are provided so as to face each other.

図3は、本実施の形態に係る半導体素子300の一例を模式的に示す断面図である。図3に示すように、この半導体素子300は、トップコンタクト構造の薄膜トランジスタであり、基板310と、基板310上に形成されたゲート電極320と、基板310上に形成されてゲート電極320を覆う絶縁体層330と、絶縁体層330上に形成された半導体層360と、ソース電極340及びドレイン電極350とを有する。半導体層360は、本実施の形態の金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜により形成される。ソース電極340は基板310上に形成されており、半導体層360の一方の端部上を覆っている。また、ドレイン電極350も基板310上に形成されており、半導体層360の他方の端部上を覆っている。ソース電極340とドレイン電極350は互いに離れて配置されている。ゲート電極320と、ソース電極340上及びドレイン電極350とが、絶縁体層330及び半導体層360を介して一部対向して設けられている。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the semiconductor element 300 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the semiconductor element 300 is a thin film transistor having a top contact structure, and includes a substrate 310, a gate electrode 320 formed on the substrate 310, and an insulation formed on the substrate 310 to cover the gate electrode 320. The semiconductor device includes a body layer 330, a semiconductor layer 360 formed over the insulator layer 330, and a source electrode 340 and a drain electrode 350. The semiconductor layer 360 is formed using a semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound of this embodiment. The source electrode 340 is formed on the substrate 310 and covers one end of the semiconductor layer 360. The drain electrode 350 is also formed on the substrate 310 and covers the other end of the semiconductor layer 360. The source electrode 340 and the drain electrode 350 are arranged apart from each other. The gate electrode 320, the source electrode 340, and the drain electrode 350 are provided so as to partially face each other with the insulator layer 330 and the semiconductor layer 360 interposed therebetween.

図4は、本実施の形態における半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。図4に示す半導体素子400は、図1における基板110とゲート電極120を兼用した、ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタである。半導体素子400は、基板を兼ねたゲート電極420と、絶縁体層430と、ソース電極440と、ドレイン電極450と、半導体層460とを有する。半導体層460は、絶縁体層430を介してゲート電極420上に形成されており、ソース電極440とドレイン電極450との間(すなわち、ギャップ)に現れる絶縁体層430上から、ソース電極440上及びドレイン電極250上にかけて形成されている。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the semiconductor element in the present embodiment. A semiconductor element 400 illustrated in FIG. 4 is a thin film transistor having a bottom contact structure that serves as the substrate 110 and the gate electrode 120 in FIG. The semiconductor element 400 includes a gate electrode 420 that also serves as a substrate, an insulator layer 430, a source electrode 440, a drain electrode 450, and a semiconductor layer 460. The semiconductor layer 460 is formed over the gate electrode 420 with the insulator layer 430 interposed therebetween. From the insulator layer 430 that appears between the source electrode 440 and the drain electrode 450 (ie, a gap), the semiconductor layer 460 is formed on the source electrode 440. And over the drain electrode 250.

基板を兼ねるゲート電極420の材料としては、p型シリコン、又はn型シリコン等が挙げられる。   Examples of the material of the gate electrode 420 that also serves as the substrate include p-type silicon and n-type silicon.

また、図示しないが、本実施の形態に係る半導体素子は、ソース電極とドレイン電極との間に半導体層が介装され、これら3層が膜厚方向に積層されたトランジスタとしてもよい。このとき、ゲート電極は、半導体層中又はソース電極(ドレイン電極)の近傍に配置するとよい。   Although not illustrated, the semiconductor element according to this embodiment may be a transistor in which a semiconductor layer is interposed between a source electrode and a drain electrode and these three layers are stacked in the film thickness direction. At this time, the gate electrode is preferably disposed in the semiconductor layer or in the vicinity of the source electrode (drain electrode).

続いて、半導体素子100、200、300、400の各層の材質について説明する。基板110、210、310の材料としては、ガラス又は樹脂が挙げられる。また、ゲート電極120、220、320、ソース電極140、240、340、440及び、ドレイン電極150、250、350、450の各材料としては、金属、導電性セラミック材料、炭素、導電性有機材料等が挙げられる。ゲート電極120、220、320、ソース電極140、240、340、440及び、ドレイン電極150、250、350、450の各材料は、金属酸化物やシリコンと良好な接合や密着性を得る観点から、より好ましくは金、銀、アルミニウム、銅、ITO、又はインジウム―ガリウム合金がよい。また、半導体層160、260、360、460は、薄膜トランジスタのボディ層であり、上記したように、金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜にて形成される。金属酸化物粒子及び、有機化合物については既に記述したので、そちらを参照されたい。なお、図1〜図4の各半導体素子100、200、300、400に関しては、「半導体層」との表現を用いたが、「半導体層」は、「半導体膜」から形成されたものであり、両者を特段区別するものではない。   Next, the material of each layer of the semiconductor elements 100, 200, 300, and 400 will be described. Examples of the material for the substrates 110, 210, and 310 include glass or resin. Further, as materials of the gate electrodes 120, 220, 320, source electrodes 140, 240, 340, 440 and drain electrodes 150, 250, 350, 450, metals, conductive ceramic materials, carbon, conductive organic materials, etc. Is mentioned. Each material of the gate electrodes 120, 220, 320, the source electrodes 140, 240, 340, and 440 and the drain electrodes 150, 250, 350, and 450 is from the viewpoint of obtaining good bonding and adhesion with a metal oxide or silicon. More preferably, gold, silver, aluminum, copper, ITO, or an indium-gallium alloy is used. In addition, the semiconductor layers 160, 260, 360, and 460 are thin film transistor body layers, and are formed of a semiconductor film containing metal oxide particles and an organic compound as described above. Since metal oxide particles and organic compounds have already been described, please refer to them. 1 to 4, the expression “semiconductor layer” is used for the semiconductor elements 100, 200, 300, and 400. However, the “semiconductor layer” is formed from a “semiconductor film”. The two are not particularly distinguished.

また、半導体層160、260、360、460(半導体膜)の層厚(膜厚)は、電気特性の観点から、0.001μm(1nm)以上が好ましく、0.01μm以上がより好ましく、0.02μm以上が更に好ましく、0.05μm以上が最も好ましい。また、同様の観点から、半導体層160、260、360、460(半導体膜)の層厚は、1μm(1000nm)以下が好ましく、0.4μm以下がより好ましく、0.2μm以下が更に好ましく、0.1μm以下が最も好ましい。   The layer thickness (film thickness) of the semiconductor layers 160, 260, 360, 460 (semiconductor film) is preferably 0.001 μm (1 nm) or more, more preferably 0.01 μm or more, from the viewpoint of electrical characteristics. 02 μm or more is more preferable, and 0.05 μm or more is most preferable. From the same viewpoint, the thickness of the semiconductor layers 160, 260, 360, 460 (semiconductor film) is preferably 1 μm (1000 nm) or less, more preferably 0.4 μm or less, still more preferably 0.2 μm or less, 0 .1 μm or less is most preferable.

(半導体素子の製造方法)
上記した半導体素子の製造方法としては、例えば、予めパターン形成された電極上や、絶縁体層上の各所定領域に、半導体層形成用の分散液(後記)を所定のパターンで塗布して半導体層を形成する方法が挙げられる。また、半導体素子の他の製造方法として、基板上に半導体膜を形成した後に、この半導体膜をパターニングして半導体層を形成し、更に、電極形成、絶縁体層の形成を行う方法が挙げられる。このときの半導体膜のパターニング方法としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、スプレイ法等の方法を用いてパターンを形成する方法が採用可能である。
(Semiconductor element manufacturing method)
As a method for manufacturing the semiconductor element described above, for example, a semiconductor layer-forming dispersion liquid (described later) is applied in a predetermined pattern on a predetermined pattern on each electrode or on an insulator layer. The method of forming a layer is mentioned. As another method for manufacturing a semiconductor element, there is a method in which after forming a semiconductor film on a substrate, the semiconductor film is patterned to form a semiconductor layer, and further, an electrode is formed and an insulator layer is formed. . As a patterning method of the semiconductor film at this time, for example, a method of forming a pattern using a method such as screen printing, gravure printing, offset printing, ink jet printing, or spraying can be employed.

本実施の形態では、ガラス、樹脂等の基板に半導体素子を形成することができる。しかも、半導体膜は溶液の印刷、塗布等の簡便な方法で成膜することができるため、大きな面積に一度に多数の半導体素子を容易に形成することができる。よって、半導体素子や該半導体素子を用いた装置(前述の表示素子、演算素子、記憶素子等)を安価に製造することができる。また、半導体膜を用いて半導体素子を製造することは、半導体素子を用いた装置の薄型化、軽量化にも有効である。   In this embodiment mode, a semiconductor element can be formed over a substrate such as glass or resin. In addition, since the semiconductor film can be formed by a simple method such as printing or application of a solution, a large number of semiconductor elements can be easily formed on a large area at a time. Therefore, a semiconductor element and a device using the semiconductor element (the above-described display element, arithmetic element, memory element, and the like) can be manufactured at low cost. In addition, manufacturing a semiconductor element using a semiconductor film is effective in reducing the thickness and weight of an apparatus using the semiconductor element.

続いて、図1〜図4に示した半導体素子100、200、300、400を製造する方法について、図面を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor elements 100, 200, 300, and 400 shown in FIGS. 1 to 4 will be described with reference to the drawings.

図5A〜図5Cは、本実施の形態に係る半導体素子100の製造方法を工程順に示す断面図である。図5Aに示すように、まず、基板110上に、ゲート電極120を形成する。   5A to 5C are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor element 100 according to the present embodiment in the order of steps. As shown in FIG. 5A, first, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110.

次に、図5Bに示すように、ゲート電極120の上面及び側面を、絶縁体層130にて覆う。そして、図5Cに示すように、基板110上から絶縁体層130上にかけて、ソース電極140とドレイン電極150とをそれぞれ形成する。その後、半導体層160を形成してソース電極140とドレイン電極150との間のギャップを半導体層160で埋め込む。これにより、図1に示した半導体素子100が完成する。   Next, as illustrated in FIG. 5B, the upper surface and side surfaces of the gate electrode 120 are covered with an insulator layer 130. Then, as shown in FIG. 5C, a source electrode 140 and a drain electrode 150 are formed from the substrate 110 to the insulator layer 130, respectively. Thereafter, the semiconductor layer 160 is formed, and the gap between the source electrode 140 and the drain electrode 150 is filled with the semiconductor layer 160. Thereby, the semiconductor element 100 shown in FIG. 1 is completed.

また、図2に示した半導体素子200は、次の工程順で製造することができる。すなわち、基板210上にソース電極240及びドレイン電極250を形成する。次に、基板210上に半導体層260を形成してソース電極240とドレイン電極250との間、及び、ソース電極240上及びドレイン電極250上を覆う。そして、半導体層260上に絶縁体層230を形成する。その後、絶縁体層230上にゲート電極220を形成する。これにより、図2に示した半導体素子200が完成する。   The semiconductor element 200 shown in FIG. 2 can be manufactured in the following process order. That is, the source electrode 240 and the drain electrode 250 are formed on the substrate 210. Next, the semiconductor layer 260 is formed over the substrate 210 to cover the space between the source electrode 240 and the drain electrode 250 and the source electrode 240 and the drain electrode 250. Then, the insulator layer 230 is formed over the semiconductor layer 260. Thereafter, the gate electrode 220 is formed over the insulator layer 230. Thereby, the semiconductor element 200 shown in FIG. 2 is completed.

また、図3に示した半導体素子300は、次の工程順で製造することができる。すなわち、基板310上にゲート電極320を形成する。次に、基板310上に絶縁体層330を形成してゲート電極320上面と側面とを覆う。そして、絶縁体層330上に半導体層360を形成する。その後、基板310上から半導体層360上にかけて、ソース電極340とドレイン電極350とを形成する。これにより、図3に示した半導体素子300が完成する。   Also, the semiconductor element 300 shown in FIG. 3 can be manufactured in the following process order. That is, the gate electrode 320 is formed on the substrate 310. Next, an insulator layer 330 is formed over the substrate 310 to cover the upper surface and side surfaces of the gate electrode 320. Then, a semiconductor layer 360 is formed over the insulator layer 330. After that, the source electrode 340 and the drain electrode 350 are formed over the substrate 310 and the semiconductor layer 360. Thereby, the semiconductor element 300 shown in FIG. 3 is completed.

また、図4に示した半導体素子400は、次の工程順で製造することができる。すなわち、基板を兼ねたゲート電極420上に絶縁体層430を形成して基板を兼ねたゲート電極420上面を覆う。そして、絶縁体層430上にソース電極440とドレイン電極450とを形成する。その後、ソース電極440とドレイン電極450との間(すなわち、ギャップ)に現れる絶縁体層430上から、ソース電極440上及びドレイン電極450上にかけて、半導体層460を形成する。これにより、図4に示した半導体素子400が完成する。   Further, the semiconductor element 400 shown in FIG. 4 can be manufactured in the following process order. That is, the insulator layer 430 is formed over the gate electrode 420 that also serves as a substrate to cover the upper surface of the gate electrode 420 that also serves as a substrate. Then, the source electrode 440 and the drain electrode 450 are formed over the insulator layer 430. After that, the semiconductor layer 460 is formed from the insulator layer 430 appearing between the source electrode 440 and the drain electrode 450 (that is, the gap) to the source electrode 440 and the drain electrode 450. Thereby, the semiconductor element 400 shown in FIG. 4 is completed.

これらの半導体素子(例えば、薄膜トランジスタ)の構成要素であるゲート電極、ソース電極、ドレイン電極と、絶縁体層、及び、半導体層は、全て印刷、塗布等の方法により形成することが可能である。このため、半導体素子の製造を真空下で行う必要がなく、常圧下で行うことができる。   The gate electrode, the source electrode, the drain electrode, the insulator layer, and the semiconductor layer, which are components of these semiconductor elements (for example, thin film transistors), can be formed by a method such as printing or coating. For this reason, it is not necessary to manufacture a semiconductor element under vacuum, and it can be performed under normal pressure.

ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の各材料(以下、電極材料)としては、金属、導電性セラミック材料、炭素、導電性有機材料等が挙げられる。電極材料は、金属酸化物やシリコンと良好な接合や密着性の観点から、より好ましくは、金、銀、アルミニウム、銅、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム―ガリウム合金がよい。   Examples of materials for the gate electrode, source electrode, and drain electrode (hereinafter referred to as electrode materials) include metals, conductive ceramic materials, carbon, and conductive organic materials. The electrode material is preferably gold, silver, aluminum, copper, indium tin oxide (ITO), or indium-gallium alloy from the viewpoint of good bonding and adhesion to metal oxide or silicon.

また、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ、印刷、塗布等の方法により形成するためには、電極材料は液体状である必要がある。よって、液体状である電極材料は、電極材料としてそのまま単体で使用できるが、液体状でない電極材料は、液体に分散させて使用する必要がある。液体状でない電極材料を液体に分散させて使用する例としては、金、銀、銅、酸化インジウムスズ(ITO)、オスミウム、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム等の粉末を液体中に分散した導電性ペーストが挙げられ、より好ましくは金、アルミニウム、銅、酸化インジウムスズ(ITO)である。インジウム―ガリウムは、室温で液体の合金であるため、そのまま印刷を行い、封止材などで液を固定化できる。   Further, in order to form the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode by a method such as printing and coating, the electrode material needs to be in a liquid state. Therefore, a liquid electrode material can be used alone as an electrode material, but a non-liquid electrode material needs to be dispersed in a liquid. Examples of using non-liquid electrode materials dispersed in liquid include powders of gold, silver, copper, indium tin oxide (ITO), osmium, palladium, nickel, cobalt, iron, aluminum, etc. dispersed in liquid An electroconductive paste is mentioned, More preferably, they are gold, aluminum, copper, and indium tin oxide (ITO). Since indium-gallium is a liquid alloy at room temperature, printing can be performed as it is, and the liquid can be fixed with a sealing material or the like.

あるいは、電極材料について、前駆体が液体状であるか溶液化しやすいものであれば、前駆体を使用することができる。このような電極材料の例としては、金、銀、ニッケル、インジウム等の有機金属錯体、及び無機金属錯体の溶液が挙げられる。   Alternatively, for the electrode material, the precursor can be used as long as the precursor is in a liquid form or is easily made into a solution. Examples of such electrode materials include organic metal complexes such as gold, silver, nickel, and indium, and solutions of inorganic metal complexes.

また、絶縁体層の材料は誘電率が高いことが好ましく、絶縁性セラミック材料、有機化合物、ポリマー等が使用される。ただし、絶縁体層の材料は、電極材料と同様に液体状である必要があるので、これらの材料の溶液、分散体、前駆体を使用するとよい。例えば、アルコラートやアセチルアセトン錯体又はこれらの溶液を塗布又は印刷して薄膜を形成し、この薄膜を熱、光等の輻射エネルギーによって酸化物や硫化物に変換して絶縁体層とすることができる。また、絶縁体層の材料として、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエステル、液晶ポリマー等のポリマーや極性を有する有機化合物も、好ましく使用することができる。更に、絶縁体層の材料として、これらの有機化合物にセラミック材料等の高誘電体を分散した物を用いることもできる。   The material of the insulator layer preferably has a high dielectric constant, and an insulating ceramic material, an organic compound, a polymer, or the like is used. However, since the material of the insulator layer needs to be liquid like the electrode material, a solution, dispersion, or precursor of these materials may be used. For example, an alcoholate, an acetylacetone complex, or a solution thereof can be applied or printed to form a thin film, and the thin film can be converted into an oxide or sulfide by radiation energy such as heat or light to form an insulator layer. As the material for the insulator layer, polymers such as polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyester, liquid crystal polymer, and organic compounds having polarity can be preferably used. Furthermore, a material in which a high dielectric material such as a ceramic material is dispersed in these organic compounds can be used as a material for the insulator layer.

また、基板110、210、310としては、ガラス基板、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PP(ポリプロピレン)、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、シクロオレフィンポリマー、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック基板、アルミニウム基板、ステンレス(SUS)基板、粘土からなる基板、紙基板などの通常用いられるあらゆる基板が使用できる。軽量、フレキシブル、低コストの観点からPET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PP(ポリプロピレン)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、シクロオレフィンポリマー、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック基板もしくは紙基板が好ましい。   Further, as the substrates 110, 210, 310, glass substrates, PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PC (polycarbonate), PP (polypropylene), polyethersulfone, polyimide, cycloolefin polymer, acrylic resin, Any commonly used substrate such as a plastic substrate such as a fluorine-based resin, a melamine resin, or a phenol resin, an aluminum substrate, a stainless steel (SUS) substrate, a clay substrate, or a paper substrate can be used. PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), PP (polypropylene), PEN (polyethylene naphthalate), polyethersulfone, polyimide, cycloolefin polymer, acrylic resin, fluorine resin, melamine from the viewpoint of light weight, flexibility, and low cost A plastic substrate such as a resin or a phenol resin or a paper substrate is preferable.

更に、製造工程順に直列に配置した複数の印刷装置、及び/又は塗布装置を用いれば、連続した基板(又は、シート)上に半導体層形成用の塗布液を連続的に印刷及び/又は塗布することができる。これにより、電極、誘電体層、及び半導体層を基板(又は、シート)上に連続的に形成して、半導体素子を製造することができる。   Furthermore, if a plurality of printing devices and / or coating devices arranged in series in the order of the manufacturing process are used, a coating solution for forming a semiconductor layer is continuously printed and / or coated on a continuous substrate (or sheet). be able to. Thereby, an electrode, a dielectric material layer, and a semiconductor layer can be continuously formed on a substrate (or sheet), and a semiconductor element can be manufactured.

例えば、基板/ゲート電極/絶縁体層(誘電体層)/ソース電極・ドレイン電極/半導体層という構造(ボトムコンタクト構造)を有する薄膜トランジスタを製造する場合であれば、その製造工程順に直列に配置されたゲート電極印刷装置、絶縁体層印刷装置、ソース電極・ドレイン電極印刷装置、及び半導体層印刷装置に、帯状の基板を順次通す。帯状の基板は、例えば、上述のシートである。これにより、前述の薄膜トランジスタの構成要素が基板上に連続的に形成されて、薄膜トランジスタが効率よく製造される。   For example, in the case of manufacturing a thin film transistor having a structure (bottom contact structure) of substrate / gate electrode / insulator layer (dielectric layer) / source electrode / drain electrode / semiconductor layer, they are arranged in series in the order of the manufacturing process. The strip-shaped substrate is sequentially passed through the gate electrode printer, the insulator layer printer, the source / drain electrode printer, and the semiconductor layer printer. The strip-shaped substrate is, for example, the above-described sheet. Thereby, the constituent elements of the above-described thin film transistor are continuously formed on the substrate, and the thin film transistor is efficiently manufactured.

このような連続的な薄膜トランジスタの製造方法は、設備の負荷が小さい、工程が短縮される、作業者の数を大幅に削減できる、低コストである等の利点がある。また、大面積の基板に一度に多数の薄膜トランジスタを容易に形成することができるので、大面積のディスプレイ装置を安価に製造することができる。   Such a continuous thin film transistor manufacturing method has advantages such as a small equipment load, a shortened process, a significant reduction in the number of workers, and a low cost. In addition, since a large number of thin film transistors can be easily formed on a large-area substrate at a time, a large-area display device can be manufactured at low cost.

印刷方法、塗布方法としては、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、スプレイ法、ブレード塗布等の公知の方法が使用できる。複数の印刷装置、及び/又は塗布装置において、同一の印刷方法、塗布方法を採用してもよいし、構成要素毎に異なる印刷方法、塗布方法を採用してもよい。   As the printing method and coating method, known methods such as screen printing, gravure printing, offset printing, ink jet printing, spraying method, blade coating and the like can be used. In a plurality of printing devices and / or coating devices, the same printing method and coating method may be employed, or different printing methods and coating methods may be employed for each component.

本実施の形態における半導体膜の形成にあっては、以下に説明する分散液を用いて、基板上等に塗布や印刷を行い、その後、必要に応じて乾燥等を行う。   In forming the semiconductor film in this embodiment, coating or printing is performed on a substrate or the like using a dispersion liquid described below, and then drying or the like is performed as necessary.

(分散液)
本発明に係る分散液は、基板上に塗布されるため塗布液と呼んでもよい。本発明に係る分散液は、金属酸化物粒子と、有機化合物と、溶媒とを含む。更に、分散剤を含んでもよい。溶媒として、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、テルピネオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。
(Dispersion)
Since the dispersion according to the present invention is applied on a substrate, it may be called a coating liquid. The dispersion according to the present invention includes metal oxide particles, an organic compound, and a solvent. Further, a dispersant may be included. As a solvent, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, terpineol, ethylene glycol , Diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n- Butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether , Ketones such as dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, methyl ethyl ketone, aromatics such as benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, Tetrahydrofuran, butyl lactate, N-methylpyrrolidone and the like can be mentioned.

特に溶媒として、極性の高い溶媒が、金属酸化物粒子の分散性が高くなる点で好ましい。極性の高い溶媒としては、Rohrschneiderの極性パラメータが4以上の溶媒が好ましく、5以上がより好ましく、6以上が更に好ましく、7以上が更により好ましい。   In particular, a solvent having a high polarity is preferable as the solvent because the dispersibility of the metal oxide particles becomes high. The highly polar solvent is preferably a solvent having a polarity parameter of Rohrschneider of 4 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 6 or more, and even more preferably 7 or more.

具体的な好ましい溶媒の例として、テルピネオール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどがある。またこれらを混合して用いることも可能である。   Specific examples of preferred solvents include terpineol, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like. It is also possible to use a mixture of these.

なお、分散液中の金属酸化物粒子及び、有機化合物については、上記の(半導体膜)にて説明したので、そちらを参照されたい。   Since the metal oxide particles and the organic compound in the dispersion have been described in the above (semiconductor film), please refer to them.

分散剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アニオン性界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルメチルアンモニウム塩、が挙げられる。両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタインが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグリコシド、脂肪酸時エタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルが挙げられる。また、その他の分散剤として、ビックケミー社製の「Disperbyk−102」、「Disperbyk−111」、「Disperbyk−142」、「Disperbyk−145」、「Disperbyk−110」、「Disperbyk−180」、「Disperbyk−2013」、「Byk−9076」、「ANTI−TERRA−U」、第一工業製薬製の「プライサーフM208F」、「プライサーフDBS」を挙げることができる。また、Triton X−45、Triton X−100、Triton X、Triton A−20、Triton X−15、Triton X−114、Triton X−405、Tween #20、Tween #40、Tween #60、Tween #80、Tween #85、Pluronic F−68、Pluronic F−127、Span 20、Span 40、Span 60、Span 80、Span 83、Span 85、AGCセイミケミカル製の「サーフロンS−211」、「サーフロンS−221」、「サーフロンS−231」、「サーフロンS−232」、「サーフロンS−233」、「サーフロンS−242」、「サーフロンS−243」、「サーフロンS−611」、スリーエム製の「NovecFC−4430」、「NovecFC−4432」、DIC製の「メガファックF−444」、「メガファックF−558」が挙げられる。   Examples of the dispersant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Specifically, examples of the anionic surfactant include fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkyl benzene sulfonate, and monoalkyl phosphate. Examples of the cationic surfactant include alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium salts, and alkylbenzylmethylammonium salts. Examples of amphoteric surfactants include alkyl dimethylamine oxide and alkyl carboxybetaine. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglycoside, fatty acid ethanolamide, and alkyl monoglyceryl ether. Further, as other dispersants, “Disperbyk-102”, “Disperbyk-111”, “Disperbyk-142”, “Disperbyk-145”, “Disperbyk-110”, “Disperbyk-180”, “Disperbyk” manufactured by BYK Chemie. -2013 "," Byk-9076 "," ANTI-TERRA-U "," Plysurf M208F "," Plysurf DBS "manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku. Also, Triton X-45, Triton X-100, Triton X, Triton A-20, Triton X-15, Triton X-114, Triton X-405, Tween # 20, Tween # 40, Tween # 60, Tween # 80 , Tween # 85, Pluronic F-68, Pluronic F-127, Span 20, Span 40, Span 60, Span 80, Span 83, Span 85, "Surflon S-211", "Surflon S-221" manufactured by AGC Seimi Chemical "Surflon S-231", "Surflon S-232", "Surflon S-233", "Surflon S-242", "Surflon S-243", "Surflon S-611", "No. 3" manufactured by 3M “vecFC-4430”, “NovecFC-4432”, “MegaFuck F-444”, and “MegaFuck F-558” manufactured by DIC are listed.

金属酸化物粒子の溶媒への分散性を向上する点で、リン酸ポリエステル系の分散剤、アルキルアンモニウム塩系の分散剤、アルキロールアミン塩系の分散剤、顔料親和性を有するコポリマー系分散剤が好ましく、具体的には、ビックケミー社製の、「Disperbyk−111」、「Disperbyk−145」、「Disperbyk−180」、「Disperbyk−2013」を用いるのが好ましい。   In terms of improving the dispersibility of metal oxide particles in a solvent, phosphoric acid polyester-based dispersants, alkylammonium salt-based dispersants, alkylolamine salt-based dispersants, and copolymer-based dispersants having pigment affinity Specifically, it is preferable to use “Disperbyk-111”, “Disperbyk-145”, “Disperbyk-180”, and “Disperbyk-2013” manufactured by Big Chemie.

また、金属酸化物粒子と有機化合物の親和性を向上する点で、リン酸ポリエステル系の分散剤、顔料親和性を有するコポリマー系分散剤が好ましく、具体的には、ビックケミー社製の、「Disperbyk−111」、「Disperbyk−2013」を用いるのが好ましい。金属酸化物粒子と有機化合物の溶媒中での相互作用は、赤外線吸収スペクトル法で確認することができる。また、ラマン分光法、紫外可視分光法で確認することもできる。これら分散剤は単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   Further, from the viewpoint of improving the affinity between the metal oxide particles and the organic compound, a phosphoric acid polyester-based dispersant and a pigment-based copolymer dispersant are preferable, and specifically, “Disperbyk” manufactured by BYK Chemie. -111 "and" Disperbyk-2013 "are preferably used. The interaction of the metal oxide particles and the organic compound in the solvent can be confirmed by an infrared absorption spectrum method. It can also be confirmed by Raman spectroscopy or UV-visible spectroscopy. These dispersing agents may be used alone or in combination.

分散剤の添加量は、分散液の安定性の観点から、分散液全体に対し0.1質量%以上20質量%が好ましく、0.2質量%以上10質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上5質量%以下が更に好ましく、0.5質量%以上5質量%以下が最も好ましい。   The addition amount of the dispersant is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass, more preferably 0.2% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total dispersion, from the viewpoint of the stability of the dispersion. The mass% is more preferably 5% by mass or less, and most preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less.

分散液の作製方法として、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。また、適宜分散剤等を添加してもよい。   As a method for producing the dispersion, a ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer, or the like can be used. Moreover, you may add a dispersing agent etc. suitably.

分散液の濃度として、分散液全体100質量%に対し、金属酸化物粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下が好ましく、より好ましくは、1質量%以上55質量%以下であり、更に好ましくは、10質量%以上50質量%以下であり、最も好ましくは20質量%以上48質量%以下である。   As the concentration of the dispersion, the content of the metal oxide particles is preferably 0.1% by mass or more and 60% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 55% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire dispersion. Yes, more preferably 10 mass% or more and 50 mass% or less, and most preferably 20 mass% or more and 48 mass% or less.

また、有機化合物の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは2質量%以上、10質量%以下でり、最も好ましくは2.5質量%以上5質量%以下である。   Further, the content of the organic compound is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 2% by mass or more and 10% by mass. Or less, and most preferably 2.5% by mass or more and 5% by mass or less.

また、溶媒の含有量は、20質量%以上99.98質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、30質量%以上90質量%以下であり、更に好ましくは、30質量%以上、80質量%以下であり、最も好ましくは、40質量%以上、70質量%以下である。また、金属酸化物粒子の平均粒子径は、1nm以上500nm以下が好ましい。金属酸化物粒子の平均粒子径としては、接触抵抗低減の観点から、1nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましく、5nm以上が更に好ましい。また、成膜性の観点から、金属酸化物粒子の平均粒子径は、200nm以下がより好ましく、100nm以下が更に好ましく、50nm以下が最も好ましい。   Further, the content of the solvent is preferably 20% by mass or more and 99.98% by mass or less, more preferably 30% by mass or more and 90% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or more and 80% by mass. %, Most preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less. The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm or more and 500 nm or less. The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm or more, more preferably 3 nm or more, and further preferably 5 nm or more from the viewpoint of reducing contact resistance. Further, from the viewpoint of film formability, the average particle diameter of the metal oxide particles is more preferably 200 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and most preferably 50 nm or less.

また、本実施の形態の分散液では、分散液の乾燥後、XPS測定した時に、半導体特性のキャリア移動度の観点から、XPS測定におけるO1sスペクトルの、528eVから530eVに存在するピークの面積S1と、530eVから533eVに存在するピークの面積S2との比(S2/S1)は、0.25以上であることが好ましく、0.30以上がより好ましく、0.31以上が更に好ましく、0.32以上が最も好ましい。また、同様に半導体特性の観点、特に、トランジスタ素子のオフ電流低減の観点から、比(S2/S1)は、0.60以下が好ましく、0.50以下がより好ましく、0.40以下が更に好ましく、0.35以下が更により好ましい。   Further, in the dispersion liquid of the present embodiment, when XPS measurement is performed after the dispersion liquid is dried, from the viewpoint of carrier mobility of semiconductor characteristics, the peak area S1 existing from 528 eV to 530 eV in the O1s spectrum in XPS measurement is obtained. The ratio (S2 / S1) to the peak area S2 existing from 530 eV to 533 eV is preferably 0.25 or more, more preferably 0.30 or more, still more preferably 0.31 or more, and 0.32 The above is most preferable. Similarly, the ratio (S2 / S1) is preferably 0.60 or less, more preferably 0.50 or less, and further preferably 0.40 or less from the viewpoint of semiconductor characteristics, particularly from the viewpoint of reducing off-state current of the transistor element. Preferably, 0.35 or less is even more preferable.

(半導体膜の製造工程)
本実施の形態における半導体膜の製造方法は、金属酸化物粒子と、有機化合物と、溶媒とを含む分散液を、基板に塗布し塗布膜を得る塗布工程と、塗布膜を、20℃以上300℃以下の乾燥温度で乾燥させて、塗布膜から溶媒の少なくとも一部を除去する乾燥工程と、を含む。
(Semiconductor film manufacturing process)
The manufacturing method of a semiconductor film in this embodiment includes a coating process in which a dispersion containing metal oxide particles, an organic compound, and a solvent is applied to a substrate to obtain a coating film, And a drying step of removing at least a part of the solvent from the coating film by drying at a drying temperature of 0 ° C. or lower.

半導体膜を印刷方法又は塗布方法で形成する場合は、この塗布工程と乾燥工程とを実行して半導体膜を形成することが好ましい。   When the semiconductor film is formed by a printing method or a coating method, it is preferable to perform the coating process and the drying process to form the semiconductor film.

また、塗布工程で用いる分散液を準備する工程(すなわち、分散液の準備工程)は、塗布工程と同一の製造ラインで行ってもよいし、塗布工程とは別の製造ラインや別の製造工場で行ってもよい。また、分散液を社外から購入するようにしてもよい。なお、本実施の形態において印刷は塗布の一態様であり、分散液(塗布液)は印刷液、塗布工程は印刷工程と言い換えることができる。以下、分散液準備工程、塗布工程、乾燥工程について説明する。   In addition, the step of preparing the dispersion liquid used in the coating process (that is, the preparation step of the dispersion liquid) may be performed on the same production line as the coating process, or a production line different from the coating process or another manufacturing factory. You may go on. Moreover, you may make it purchase a dispersion liquid from the outside. In this embodiment, printing is one mode of application, and the dispersion (coating liquid) can be rephrased as a printing liquid, and the application process can be rephrased as a printing process. Hereinafter, the dispersion preparation process, the coating process, and the drying process will be described.

(1)分散液準備工程
分散液準備工程は、金属酸化物粒子、有機化合物、及び、溶媒から分散液を調製する工程である。溶媒は、金属酸化物粒子と有機化合物を溶解もしくは分散させるため有機溶媒であることが好ましい。金属酸化物粒子、有機化合物、及び、溶媒を混合して、半導体膜形成用の分散液を得る。
(1) Dispersion preparation step The dispersion preparation step is a step of preparing a dispersion from metal oxide particles, an organic compound, and a solvent. The solvent is preferably an organic solvent for dissolving or dispersing the metal oxide particles and the organic compound. Metal oxide particles, an organic compound, and a solvent are mixed to obtain a dispersion for forming a semiconductor film.

金属酸化物粒子は、有機化合物と、溶媒中で混合する前に、事前にアニールして用いることができる。アニールする雰囲気は、酸素ガス中、窒素等の不活性ガス中、空気等の窒素と酸素の混合ガス中でアニールすることができる。アニール温度は、酸素欠陥を制御できる観点で、300℃以上が好ましく、400℃以上がより好ましく、600℃以上が最も好ましい。また、同様の観点で2000℃以下が好ましく、1500℃以下がより好ましく、1200℃以下が最も好ましい。   The metal oxide particles can be used after being annealed in advance before being mixed with an organic compound in a solvent. The annealing atmosphere can be annealed in oxygen gas, in an inert gas such as nitrogen, or in a mixed gas of nitrogen and oxygen such as air. The annealing temperature is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, and most preferably 600 ° C. or higher from the viewpoint of controlling oxygen defects. Moreover, 2000 degreeC or less is preferable with the same viewpoint, 1500 degreeC or less is more preferable, and 1200 degreeC or less is the most preferable.

半導体膜形成用の分散液に有機化合物として、シアノ基含有有機化合物を含むとき、シアノ基含有有機化合物の含有量は、分散液全体100質量%に対し、0.1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは2質量%以上、10質量%以下であり、最も好ましくは2.5質量%以上5質量%以下である。   When the dispersion for forming a semiconductor film contains a cyano group-containing organic compound as the organic compound, the content of the cyano group-containing organic compound is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire dispersion. More preferably, it is 1 to 15% by mass, more preferably 2 to 10% by mass, and most preferably 2.5 to 5% by mass. .

半導体膜形成用の分散液に含まれる金属酸化物の含有量は、分散液の濃度として、分散液全体100質量%に対し、金属酸化物粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下が好ましく、より好ましくは、1質量%以上55質量%以下であり、更に好ましくは、10質量%以上50質量%以下であり、最も好ましくは20質量%以上48質量%以下である。   The content of the metal oxide contained in the dispersion for forming a semiconductor film is 100% by mass of the dispersion as a concentration of the dispersion, and the content of the metal oxide particles is 0.1% by mass or more and 60% by mass. % Or less, more preferably 1% by mass or more and 55% by mass or less, still more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, and most preferably 20% by mass or more and 48% by mass or less.

(2)塗布工程
塗布工程は、分散液を基板に塗布し塗布膜を得る工程である。例えば、基板/ゲート電極/絶縁体層(誘電体層)/ソース電極・ドレイン電極/半導体層という構造(ボトムコンタクト構造)を有する薄膜トランジスタを製造する場合、塗布工程は、塗布液をソース電極及びドレイン電極が形成された基板に塗布し塗布膜を得る工程、である。
(2) Application process An application process is a process of apply | coating a dispersion liquid to a board | substrate and obtaining a coating film. For example, in the case of manufacturing a thin film transistor having a structure (bottom contact structure) of substrate / gate electrode / insulator layer (dielectric layer) / source electrode / drain electrode / semiconductor layer, the coating step uses the coating liquid as the source electrode and drain. Applying to a substrate on which an electrode is formed to obtain a coating film.

(3)乾燥工程
乾燥工程とは、塗布膜を乾燥させて塗布膜から有機溶媒の全部又は一部を除去する工程である。この乾燥工程は、従来の高温焼結とは異なる、低温プロセスである。低温プロセスとは、本実施の形態において20℃以上300℃以下の温度領域のこという。この領域の温度では、樹脂基板が利用できるようになり、工業プロセス上、非常に重要な温度領域である。この乾燥工程の温度領域は20℃以上300℃以下が好ましく、より好ましくは20℃以上200℃以下がよく、更に好ましくは20℃以上150℃以下である。150℃以下になると、PETフィルムやPCフィルムなどの安い汎用樹脂基板が利用できるので最適である。
(3) Drying process A drying process is a process of drying a coating film and removing all or one part of the organic solvent from a coating film. This drying process is a low temperature process different from the conventional high temperature sintering. The low temperature process means a temperature region of 20 ° C. or more and 300 ° C. or less in the present embodiment. The temperature in this region is a very important temperature region for industrial processes because the resin substrate can be used. The temperature range of this drying step is preferably 20 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and further preferably 20 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. When the temperature is 150 ° C. or lower, it is optimal because inexpensive general-purpose resin substrates such as PET films and PC films can be used.

以上の本実施の形態によれば、金属酸化物粒子と有機化合物とを混合して、金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜を形成する。この半導体膜では、キャリアの伝導パスが多く、更にキャリアトラップや再結合が抑制される。また、この半導体膜では周辺酸素を遮断できる。その結果、キャリアの流れる量が増え、キャリアの移動速度も速くなる。これにより、移動度が高く、空気中でも安定した(すなわち、空気と触れても化学変化が生じにくく、劣化しにくい)半導体素子を提供することができる。   According to the present embodiment, the metal oxide particles and the organic compound are mixed to form the semiconductor film containing the metal oxide particles and the organic compound. In this semiconductor film, there are many carrier conduction paths, and carrier trapping and recombination are further suppressed. In addition, this semiconductor film can block surrounding oxygen. As a result, the amount of carrier flow increases and the moving speed of the carrier increases. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor element that has high mobility and is stable even in the air (that is, the chemical change hardly occurs and does not easily deteriorate even when it is in contact with the air).

また、金属酸化物粒子と有機化合物とを含む半導体膜は、真空系プロセス等を必要とせず、低コストかつ低温プロセスでの形成が可能であり、塗布法又は印刷法のように非真空系プロセスで形成することができる。これにより、半導体素子の製造コストを低減することが可能となる。   In addition, a semiconductor film containing metal oxide particles and an organic compound does not require a vacuum process and can be formed by a low-cost and low-temperature process, and a non-vacuum process such as a coating method or a printing method. Can be formed. Thereby, the manufacturing cost of the semiconductor element can be reduced.

このように、本実施の形態によれば、非真空系プロセスで製造可能であり、より高い移動度を発現することができる半導体素子を提供することができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor element that can be manufactured by a non-vacuum process and can exhibit higher mobility.

以下、具体的な実施例により、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

<評価方法>
以下、特に断らない限り、25℃、及び、湿度45%の条件で評価を行った。
<Evaluation method>
Hereinafter, unless otherwise specified, the evaluation was performed under conditions of 25 ° C. and a humidity of 45%.

(1)平均粒子径
平均粒子径は、電界放出形走査電子顕微鏡SU−8820(株式会社日立製作所製)を用いて測定した。基板上に成膜した半導体膜の観察位置周囲を割断後、イオンミリング装置E−3500Plus(株式会社日立製作所製)を用いて冷却しながら、アルゴンイオンビームを照射して断面加工を行った。半導体膜の断面観察を行い、合計10点の粒子径を測定し、その平均値を、平均粒子径とした。
(1) Average particle diameter The average particle diameter was measured using a field emission scanning electron microscope SU-8820 (manufactured by Hitachi, Ltd.). After cutting around the observation position of the semiconductor film formed on the substrate, the cross section was processed by irradiation with an argon ion beam while cooling using an ion milling device E-3500 Plus (manufactured by Hitachi, Ltd.). The cross section of the semiconductor film was observed, and the particle diameters at a total of 10 points were measured, and the average value was taken as the average particle diameter.

(2)XPS測定
XPS測定は、測定温度を23℃とし、X線光電分光法で測定した。具体的には、金属製のマスク(2mmφ)を被せて、X線光電分光(使用機器:アルバック・ファイ社製 VersaProbeII)を用い、以下の測定条件で測定した。
励起源:monoAl Kα 25W×15kV
分析サイズ:約200μmφ
Pass Energy
Survey scan:117.4eV
Narrow scan:23.5eV
(2) XPS measurement The XPS measurement was performed by X-ray photoelectric spectroscopy at a measurement temperature of 23 ° C. Specifically, a metal mask (2 mmφ) was put on, and measurement was performed under the following measurement conditions using X-ray photoelectric spectroscopy (equipment used: VersaProbe II manufactured by ULVAC-PHI).
Excitation source: monoAl Kα 25W × 15kV
Analysis size: about 200μmφ
Pass Energy
Survey scan: 117.4 eV
Narrow scan: 23.5 eV

ピーク分離は、酸素の1sスペクトルについて、バックグラウンド補正を行ったうえで、528eVから530eVに現れるIn−O結合のピーク、530eVから533eVに現れるOH基等のピークに分離してそれぞれのピークの面積を求めた。ピークの分離は、ガウス−ローレンツ複合関数を用いた非線形最小二乗法によるカーブフィッティング法で行った。その際、3つのピークの半値全幅の取り得る値の上限をそれぞれ2.0eVとした。   The peak separation is performed by performing background correction on the 1s spectrum of oxygen, and then separating the peaks of In—O bonds appearing from 528 eV to 530 eV into peaks such as OH groups appearing from 530 eV to 533 eV, and the areas of the respective peaks. Asked. Peak separation was performed by a curve fitting method by a nonlinear least square method using a Gauss-Lorentz complex function. At that time, the upper limit of the possible value of the full width at half maximum of the three peaks was 2.0 eV.

試料表面のNaの相対元素濃度は、Survey scan結果を用い、面積計算から全体に占める割合を算出した。各実施例及び比較例のサンプルの不純物量については表1、2、3に示した。   The relative element concentration of Na on the surface of the sample was calculated from the area calculation using the survey scan result, and the ratio of the total element was calculated. Tables 1, 2, and 3 show the amounts of impurities in the samples of the examples and comparative examples.

(3)膜厚
半導体膜の層厚は、触針式プロファイリングシステム(Dektak XTL、Bruker株式会社製)によって測定した膜の段差部分で層厚の計測を行った。
(3) Film thickness The layer thickness of the semiconductor film was measured at the step portion of the film measured by a stylus profiling system (Dektak XTL, manufactured by Bruker Corporation).

(4)半導体膜の移動度
移動度は、パラメーターアナライザー(ケースレー社製、4200−SCS)を用いて測定した。測定パラメータに特に制約はないが、特に断りがない場合、真空条件下、ソース電圧0V、ドレイン電圧80V、ゲート電圧を−60Vから100Vまで1Vずつ掃引し、更に60Vまで測定した際のドレイン電流の変化を測定し、電界効果移動度の式より移動度を算出した。
(4) Mobility of semiconductor film The mobility was measured using a parameter analyzer (4200-SCS manufactured by Keithley). There are no particular restrictions on the measurement parameters, but unless otherwise noted, the drain current measured when the source voltage is swept from -60V to 100V in increments of 1V and further measured to 60V under vacuum conditions. The change was measured, and the mobility was calculated from the field effect mobility formula.

<電極付き基板>
素子構造には特に制約はないが、特に断りがない場合、200nmの熱酸化膜付きn型シリコンウェハ(電気抵抗率が0.001〜0.0015Ω・cm)上に、2nm膜厚のTiを密着層とし、その上に22nm膜厚のAuを蒸着しソース電極とドレイン電極を形成した。ソース電極とドレイン電極の大きさは200μm×500μmであり、チャネル長50μm、チャネル幅500μmであった。
<Substrate with electrode>
The element structure is not particularly limited, but unless otherwise noted, a 2 nm-thick Ti film is formed on an n-type silicon wafer with 200 nm thermal oxide film (electric resistivity is 0.001 to 0.0015 Ω · cm). An adhesion layer was formed, and Au having a thickness of 22 nm was deposited thereon to form a source electrode and a drain electrode. The size of the source electrode and the drain electrode was 200 μm × 500 μm, the channel length was 50 μm, and the channel width was 500 μm.

電極付き基板は使用前に、それぞれセミコクリーン56、超純水、アセトン、及び、2−プロパノール中に含浸し、超音波洗浄機で5分処理した後、卓上型紫外線洗浄改質装置PL21−200(セン特殊光源社製)を用いてUVオゾン処理を10分行った。   Before use, the substrate with electrodes is impregnated in semi-clean 56, ultrapure water, acetone, and 2-propanol, treated with an ultrasonic cleaner for 5 minutes, and then a tabletop ultraviolet cleaning and reforming apparatus PL21-200. UV ozone treatment was performed for 10 minutes using (Sen Special Light Source Co., Ltd.).

[実施例1]
金属酸化物粒子には、酸化インジウム(III) nanopowder<100nm particle size (TEM),99.9% trace metals basis(シグマ−アルドリッチ社製)を用い、酸化インジウム粒子5.0gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った。
[Example 1]
As the metal oxide particles, indium oxide (III) nanopowder <100 nm particle size (TEM), 99.9% trace metals basis (manufactured by Sigma-Aldrich) was used, and 5.0 g of indium oxide particles were used in a muffle furnace SSTR-11K. (ISUZU Co., Ltd.) was used for annealing at 600 ° C. for 1 hour in the air.

上記処理を行った酸化インジウム粒子3.33gとシアノエチルサッカロース(信越化学製)1.67g、ジメチルスルホキシド5.00g、0.3mm径の球状酸化ジルコニウム5.0gを容器に入れ、遊星ボールミル装置P−6(フリッチュ社製)を用い、600rpm条件で30分処理することで、シアノエチルサッカロースと酸化インジウム粒子を含む塗布液(分散液)を作製した。   3.33 g of indium oxide particles subjected to the above treatment, 1.67 g of cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical), 5.00 g of dimethyl sulfoxide and 5.0 g of spherical zirconium oxide having a diameter of 0.3 mm are put in a container, and a planetary ball mill apparatus P- 6 (manufactured by Fritsch) was processed at 600 rpm for 30 minutes to prepare a coating liquid (dispersion) containing cyanoethyl saccharose and indium oxide particles.

上記塗布液を、電極付き基板上に、スピンコーターMS−B1000(ミカサ株式会社製)を用い、2000rpm、30秒の条件で成膜を行い、120℃ホットプレート上で10分乾燥を行うことで酸化インジウムと有機化合物とを含む半導体膜(コンポジット体)を形成し、半導体素子を得た。その際に0.3mm径の球状酸化ジルコニウムは系外に移動し、半導体膜には残っていなかった。   The coating solution is formed on a substrate with electrodes using a spin coater MS-B1000 (Mikasa Co., Ltd.) under the conditions of 2000 rpm and 30 seconds, and then dried on a 120 ° C. hot plate for 10 minutes. A semiconductor film (composite body) containing indium oxide and an organic compound was formed to obtain a semiconductor element. At that time, the spherical zirconium oxide having a diameter of 0.3 mm moved out of the system and did not remain in the semiconductor film.

[実施例2]
酸化インジウム粒子を3.75g、シアノエチルサッカロースを1.25gに変更した以外は、実施例1と同様に半導体素子を得た。
[Example 2]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.75 g of indium oxide particles and 1.25 g of cyanoethyl saccharose were changed.

[実施例3]
金属酸化物粒子には、酸化インジウム(III) nanopowder<100nm particle size (TEM),99.9% trace metals basis>(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた。酸化インジウム粒子を洗浄するために、酸化インジウム粒子に対して10倍量の1mol/L炭酸水素ナトリウム水溶液を加えで良く撹拌し、遠心分離器で沈降させる操作を5回繰り返し、次に10倍量の超純水を加えて良く撹拌し、遠心分離器で沈降させる操作を5回繰り返した。その後150℃ホットプレートで2時間加熱し、酸化インジウム粒子を得た。
[Example 3]
As the metal oxide particles, indium (III) oxide nanopowder <100 nm particle size (TEM), 99.9% trace metals basis> (manufactured by Sigma-Aldrich) was used. In order to wash the indium oxide particles, 10 times the amount of 1 mol / L sodium hydrogen carbonate aqueous solution was added to the indium oxide particles, and the mixture was stirred well and allowed to settle in a centrifuge 5 times, and then 10 times the amount. The operation of adding ultrapure water, stirring well, and precipitating with a centrifuge was repeated 5 times. Thereafter, the mixture was heated on a 150 ° C. hot plate for 2 hours to obtain indium oxide particles.

その後、酸化インジウム粒子5.0gを焼成皿にのせ、卓上型紫外線洗浄改質装置PL21−200(セン特殊光源社製)につながった管状炉に設置し、オゾンを2.0L/minで流した状態で、300℃、1時間処理を行った。   Thereafter, 5.0 g of indium oxide particles were placed on a baking dish and placed in a tubular furnace connected to a tabletop ultraviolet cleaning and reforming apparatus PL21-200 (manufactured by Sen Special Light Company), and ozone was allowed to flow at 2.0 L / min. In this state, treatment was performed at 300 ° C. for 1 hour.

上記処理を行った酸化インジウム粒子4.00gとシアノエチルサッカロース(信越化学製)1.00g、ジメチルスルホキシド5.00g、0.3mm径の球状酸化ジルコニウム5.0gを容器に入れ、遊星ボールミル装置P−6(フリッチュ社製)を用い、600rpm条件で30分処理することで、シアノエチルサッカロースと酸化インジウム粒子を含む塗布液(分散液)を作製した。   4.00 g of the indium oxide particles subjected to the above treatment, 1.00 g of cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical), 5.00 g of dimethyl sulfoxide and 5.0 g of 0.3 mm diameter spherical zirconium oxide are put in a container, and a planetary ball mill apparatus P- 6 (manufactured by Fritsch) was processed at 600 rpm for 30 minutes to prepare a coating liquid (dispersion) containing cyanoethyl saccharose and indium oxide particles.

上記塗布液を、実施例1と同様条件で成膜することで、半導体素子を得た。   A semiconductor element was obtained by depositing the coating solution under the same conditions as in Example 1.

[実施例4]
酸化インジウム粒子5.0gを焼成皿にのせ、UVオゾン洗浄機につながった管状炉に設置し、オゾンを2.0L/minで流した状態で、300℃、1時間処理を行った代わりに、酸化インジウム粒子5.0gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った以外は、実施例3と同様に半導体素子を得た。
[Example 4]
Instead of placing 5.0 g of indium oxide particles on a baking dish, placing it in a tubular furnace connected to a UV ozone cleaner and flowing ozone at 2.0 L / min for 1 hour at 300 ° C., A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 3 except that 5.0 g of indium oxide particles were annealed at 600 ° C. for 1 hour in the air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

[実施例5]
酸化インジウム粒子を4.55g、シアノエチルサッカロースを0.45gに変更した以外は、実施例3と同様に半導体素子を得た。
[Example 5]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 3 except that 4.55 g of indium oxide particles and 0.45 g of cyanoethyl saccharose were changed.

[実施例6]
酸化インジウム粒子の洗浄処理を実施しなかった以外は、実施例5と同様に半導体素子を得た。
[Example 6]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 5 except that the cleaning treatment of indium oxide particles was not performed.

[実施例7]
シアノエチルサッカロース(信越化学製)を2‐メトキシエタノールと混合し、20質量%の溶液を作製した。シアノエチルサッカロース溶液をインクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルム社製)を用いて、乾燥後膜厚が約400nmになるように電極付基板に印刷した。
[Example 7]
Cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical) was mixed with 2-methoxyethanol to prepare a 20% by mass solution. The cyanoethyl saccharose solution was printed on an electrode-attached substrate using an inkjet printer DMP-2831 (manufactured by Fujifilm) so that the film thickness after drying was about 400 nm.

金属酸化物粒子には、酸化インジウム(III) nanopowder<100nm particle size (TEM),99.9% trace metals basis>(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた。酸化インジウム粒子を洗浄するために、酸化インジウム粒子に対して10倍量の1mol/L炭酸水素ナトリウム水溶液を加えで良く撹拌し、遠心分離器で沈降させる操作を5回繰り返し、次に10倍量の超純水を加えて良く撹拌し、遠心分離器で沈降させる操作を5回繰り返した。その後150℃ホットプレートで2時間加熱し、粒子を得た。   As the metal oxide particles, indium (III) oxide nanopowder <100 nm particle size (TEM), 99.9% trace metals basis> (manufactured by Sigma-Aldrich) was used. In order to wash the indium oxide particles, 10 times the amount of 1 mol / L sodium hydrogen carbonate aqueous solution was added to the indium oxide particles, and the mixture was stirred well and allowed to settle in a centrifuge 5 times, and then 10 times the amount. The operation of adding ultrapure water, stirring well, and precipitating with a centrifuge was repeated 5 times. Thereafter, the mixture was heated on a 150 ° C. hot plate for 2 hours to obtain particles.

その後、酸化インジウム粒子5.0gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った。   Thereafter, 5.0 g of indium oxide particles were annealed at 600 ° C. for 1 hour in air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

シアノエチルサッカロースを印刷した電極付き基板に、洗浄処理とアニール処理した酸化インジウム粒子をのせ、スパチュラで押し、120℃ホットプレート上で10分乾燥を行うことで、酸化インジウムと有機化合物のコンポジット体で構成された半導体膜を備えた半導体素子を得た。   It is composed of a composite body of indium oxide and organic compound by placing indium oxide particles that have been cleaned and annealed on a substrate with electrodes printed with cyanoethyl saccharose, pressing with a spatula, and drying on a hot plate at 120 ° C for 10 minutes. A semiconductor element provided with the semiconductor film thus obtained was obtained.

[実施例8]
酸化インジウム粒子の洗浄処理を実施しなかった以外は、実施例7と同様に半導体素子を得た。
[Example 8]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 7 except that the cleaning treatment of indium oxide particles was not performed.

[実施例9]
酸化インジウム粒子を以下の方法にて合成した。塩化インジウム99.99%、(トランスメタル社製)8.00gを脱水エタノール160mlに溶解させた。これに脱水トリエチルアミン(シグマ−アルドリッチ社製)を添加し、撹拌1時間後、ろ過で固形分を回収した。脱水エタノール50mlでリンスし、40℃で減圧乾燥12時間実施した。固形分の回収量は1.59gであり、収率は22%であった。100mlフラスコで臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(シグマ−アルドリッチ社製)0.36gを脱水エタノール20mlに溶解させた。上記固形分0.62gを加え、更に超純水60mlを添加した。これにpHが10になるように水酸化アンモニウム(和光純薬社製)を添加した。これを100W/cm、2.20kHz、1.5時間、大気中でホモジナイザー処理を行い、その後ろ過により固形分を回収した。超純水100mlで洗浄し、ろ過により固形分を回収した。超純水を用いた洗浄を5回繰り返した。回収した固形分全量をマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)で350℃、1時間焼成することで、黄色の酸化インジウム粒子0.34gを得た。
[Example 9]
Indium oxide particles were synthesized by the following method. Indium chloride 99.99% (Transmetal Corp.) 8.00 g was dissolved in dehydrated ethanol 160 ml. Dehydrated triethylamine (Sigma-Aldrich) was added thereto, and after stirring for 1 hour, the solid content was collected by filtration. It was rinsed with 50 ml of dehydrated ethanol and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 12 hours. The recovered solid amount was 1.59 g, and the yield was 22%. In a 100 ml flask, 0.36 g of hexadecyltrimethylammonium bromide (Sigma-Aldrich) was dissolved in 20 ml of dehydrated ethanol. 0.62 g of the above solid content was added, and 60 ml of ultrapure water was further added. Ammonium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto so that the pH was 10. This was subjected to a homogenizer treatment in the air at 100 W / cm, 2.20 kHz, 1.5 hours, and then a solid content was collected by filtration. It was washed with 100 ml of ultrapure water, and the solid content was recovered by filtration. Washing with ultrapure water was repeated 5 times. The recovered solid content was calcined in a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU) at 350 ° C. for 1 hour to obtain 0.34 g of yellow indium oxide particles.

合成して得られた酸化インジウム粒子のUltima‐IV(理学社製)XRD測定を実施したところ、酸化インジウムであることが同定され、また結晶子径は13.0nmであった。   When ultrama-IV (manufactured by Rigaku Corporation) XRD measurement was performed on the indium oxide particles obtained by synthesis, it was identified to be indium oxide and the crystallite diameter was 13.0 nm.

その後、酸化インジウム粒子0.50gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、400℃で1時間アニール処理を行った。   Thereafter, 0.50 g of indium oxide particles were annealed in the air at 400 ° C. for 1 hour using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

シアノエチルサッカロース(信越化学社製)を2−メトキシエタノールと混合し、20質量%の溶液を作製した。シアノエチルサッカロース溶液をインクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルム社製)を用いて、乾燥後膜厚が約400nmになるように電極付基板に印刷した。   Cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was mixed with 2-methoxyethanol to prepare a 20% by mass solution. The cyanoethyl saccharose solution was printed on an electrode-attached substrate using an inkjet printer DMP-2831 (manufactured by Fujifilm) so that the film thickness after drying was about 400 nm.

シアノエチルサッカロースを印刷した電極付き基板に、洗浄処理とアニール処理した酸化インジウム粒子をのせ、スパチュラで押し、120℃でホットプレート上で10分乾燥を行うことで、酸化インジウムと有機化合物のコンポジット体で構成された半導体膜を備えた半導体素子を得た。   Indium oxide particles that have been washed and annealed are placed on a substrate with electrodes printed with cyanoethyl saccharose, pressed with a spatula, and dried on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes to form a composite of indium oxide and an organic compound. A semiconductor element provided with the configured semiconductor film was obtained.

[実施例10]
酸化インジウム粒子のアニール処理を実施しなかった以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 10]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 8 except that the annealing treatment of indium oxide particles was not performed.

[実施例11]
シアノエチルサッカロースに代えてシアノエチルポリビニルアルコール(信越化学社製)を用いた以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 11]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 8 except that cyanoethyl polyvinyl alcohol (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used instead of cyanoethyl saccharose.

[実施例12]
シアノエチルサッカロースに代えてシアノエチルプルラン(信越化学社製)を用いた以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 12]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 8 except that cyanoethyl pullulan (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used instead of cyanoethyl saccharose.

[実施例13]
シアノエチルサッカロースに代えてグリセリン(和光純薬社製)を用いた以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 13]
A semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 8 except that glycerin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of cyanoethyl saccharose.

[実施例14]
シアノエチルサッカロースに代えて、ポリビニルアルコール(和光純薬社製、平均重合度:約1500〜1800)を用い、2−メトキシエタノールを水に代えた以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 14]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 8, except that polyvinyl alcohol (Wako Pure Chemical Industries, average polymerization degree: about 1500 to 1800) was used instead of cyanoethyl saccharose, and 2-methoxyethanol was replaced with water. .

[実施例15]
シアノエチルサッカロース(信越化学製)を2‐メトキシエタノールと混合し、10質量%の溶液を作製した。シアノエチルサッカロース溶液をインクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルム社製)を用いて、乾燥後膜厚が約200nmになるように電極付基板に印刷した。
[Example 15]
Cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical) was mixed with 2-methoxyethanol to prepare a 10% by mass solution. The cyanoethyl saccharose solution was printed on an electrode-attached substrate using an ink jet printer DMP-2831 (manufactured by Fuji Film) so that the film thickness after drying was about 200 nm.

金属酸化物粒子には、酸化インジウム(III) nanopowder<100nm particle size (TEM),99.9% trace metals basis>(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた。   As the metal oxide particles, indium (III) oxide nanopowder <100 nm particle size (TEM), 99.9% trace metals basis> (manufactured by Sigma-Aldrich) was used.

その後、酸化インジウム粒子5.0gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った。   Thereafter, 5.0 g of indium oxide particles were annealed at 600 ° C. for 1 hour in air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

シアノエチルサッカロースを印刷した電極付き基板に、洗浄処理とアニール処理した酸化インジウム粒子をのせ、スパチュラで押し、120℃でホットプレート上で10分乾燥を行うことで、酸化インジウムと有機化合物のコンポジット体で構成された半導体膜を備えた半導体素子を得た。   Indium oxide particles that have been washed and annealed are placed on a substrate with electrodes printed with cyanoethyl saccharose, pressed with a spatula, and dried on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes to form a composite of indium oxide and an organic compound. A semiconductor element provided with the configured semiconductor film was obtained.

[実施例16]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例1と同様に半導体素子を得た。
[Example 16]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 1 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

[実施例17]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例6と同様に半導体素子を得た。
[Example 17]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 6 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

[実施例18]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例8と同様に半導体素子を得た。
[Example 18]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 8 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

[実施例19]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例10と同様に半導体素子を得た。
[Example 19]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 10 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

[比較例1]
シアノエチルサッカロース(信越化学製)を2‐メトキシエタノールと混合し、20質量%の溶液を作製した。シアノエチルサッカロース溶液を電極付き基板上に、スピンコーターMS−B1000(ミカサ株式会社製)を用い、2000rpm、30秒の条件で成膜を行い、120℃でホットプレート上で10分乾燥を行うことで、シアノエチルサッカロース膜を得た。
[Comparative Example 1]
Cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical) was mixed with 2-methoxyethanol to prepare a 20% by mass solution. By forming a cyanoethyl saccharose solution on a substrate with an electrode using a spin coater MS-B1000 (manufactured by Mikasa Co., Ltd.) under the condition of 2000 rpm for 30 seconds and drying on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes. A cyanoethyl saccharose membrane was obtained.

[比較例2]
酸化インジウム粒子を2.50g、シアノエチルサッカロースを2.50gに変更した以外は、実施例1と同様に半導体素子を得た。
[Comparative Example 2]
A semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the indium oxide particles were changed to 2.50 g and the cyanoethyl saccharose was changed to 2.50 g.

[比較例3]
金属酸化物粒子には、酸化インジウムNanopowder、99.99%、20−70nm(SkySprings Nanomaterials社製)を用い、酸化インジウム粒子5.0gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った。
[Comparative Example 3]
For the metal oxide particles, indium oxide Nanopowder, 99.99%, 20-70 nm (manufactured by SkySprings Nanomaterials) was used, and 5.0 g of indium oxide particles were used in the air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU). Annealing treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour.

上記処理を行った酸化インジウム粒子4.00gとシアノエチルサッカロース(信越化学製)1.00g、ジメチルスルホキシド5.00g、0.3mm径の球状酸化ジルコニウム5.0gを容器に入れ、遊星ボールミル装置P−6(フリッチュ社製)で600rpm条件で30分処理することで、シアノエチルサッカロースと酸化インジウム粒子を含む塗布液(分散液)を作製した。   4.00 g of the indium oxide particles subjected to the above treatment, 1.00 g of cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical), 5.00 g of dimethyl sulfoxide and 5.0 g of 0.3 mm diameter spherical zirconium oxide are put in a container, and a planetary ball mill apparatus P- The coating liquid (dispersion liquid) containing cyanoethyl saccharose and indium oxide particles was prepared by treating for 30 minutes at 6 rpm (manufactured by Fritsch) at 600 rpm.

上記塗布液を、実施例1と同様条件で成膜することで、半導体素子を得た。   A semiconductor element was obtained by depositing the coating solution under the same conditions as in Example 1.

[比較例4]
酸化インジウムNanopowder、99.99%、20−70nm(SkySprings Nanomaterials社製)に代えて、水酸化インジウム(III)(和光純薬社製)を用いた以外は比較例3と同様に半導体素子を得た。
[Comparative Example 4]
A semiconductor device was obtained in the same manner as in Comparative Example 3 except that indium oxide (III) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of indium oxide Nanopowder, 99.99%, 20-70 nm (manufactured by SkySprings Nanomaterials). It was.

[比較例5]
酸化インジウム粒子を以下の方法にて合成した。塩化インジウム99.99%(トランスメタル社製)8.00gを脱水エタノール160mlに溶解させた。これに脱水トリエチルアミン(シグマ−アルドリッチ社製)を添加し、撹拌1時間後、ろ過で固形分を回収した。脱水エタノール50mlでリンスし、40℃で減圧乾燥12時間実施した。固形分の回収量は1.59gであり、収率は22%であった。100mlフラスコで臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(シグマ−アルドリッチ社製)0.36gを脱水エタノール20mlに溶解させた。上記固形分0.62gを加え、更に超純水60mlを添加した。これにpHが10になるように水酸化アンモニウム(和光純薬社製)を添加した。これを100W/cm、2.20kHz、1.5時間、大気中でホモジナイザー処理を行い、その後ろ過により固形分を回収した。超純水100mlで洗浄し、ろ過により固形分を回収した。超純水を用いた洗浄を5回繰り返した。回収した固形分全量をマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて350℃で1時間焼成することで、黄色の酸化インジウム粒子0.34gを得た。
[Comparative Example 5]
Indium oxide particles were synthesized by the following method. 8.00 g of indium chloride 99.99% (manufactured by Transmetal) was dissolved in 160 ml of dehydrated ethanol. Dehydrated triethylamine (Sigma-Aldrich) was added thereto, and after stirring for 1 hour, the solid content was collected by filtration. It was rinsed with 50 ml of dehydrated ethanol and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 12 hours. The recovered solid amount was 1.59 g, and the yield was 22%. In a 100 ml flask, 0.36 g of hexadecyltrimethylammonium bromide (Sigma-Aldrich) was dissolved in 20 ml of dehydrated ethanol. 0.62 g of the above solid content was added, and 60 ml of ultrapure water was further added. Ammonium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto so that the pH was 10. This was subjected to a homogenizer treatment in the air at 100 W / cm, 2.20 kHz, 1.5 hours, and then a solid content was collected by filtration. It was washed with 100 ml of ultrapure water, and the solid content was recovered by filtration. Washing with ultrapure water was repeated 5 times. The recovered solid content was calcined at 350 ° C. for 1 hour using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU) to obtain 0.34 g of yellow indium oxide particles.

合成して得られた酸化インジウム粒子のUltima−IV(理学社製)XRD測定を実施したところ、酸化インジウムであることが同定され、また結晶子径は13.0nmであった。   When the ultra-IV (made by Rigaku Corporation) XRD measurement of the indium oxide particle obtained by synthesis was performed, it was identified as indium oxide, and the crystallite diameter was 13.0 nm.

その後、酸化インジウム粒子0.50gをマッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、1000℃で1時間アニール処理を行った。   Thereafter, 0.50 g of indium oxide particles were annealed at 1000 ° C. for 1 hour in air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

シアノエチルサッカロース(信越化学製)を2‐メトキシエタノールと混合し、20質量%の溶液を作製した。シアノエチルサッカロース溶液をインクジェットプリンターDMP−2831(富士フイルム社製)を用いて、乾燥後膜厚が約400nmになるように電極付基板に印刷した。   Cyanoethyl saccharose (manufactured by Shin-Etsu Chemical) was mixed with 2-methoxyethanol to prepare a 20% by mass solution. The cyanoethyl saccharose solution was printed on an electrode-attached substrate using an inkjet printer DMP-2831 (manufactured by Fujifilm) so that the film thickness after drying was about 400 nm.

シアノエチルサッカロースを印刷した電極付き基板に、洗浄処理とアニール処理した酸化インジウム粒子をのせ、スパチュラで押し、120℃ホットプレート上で10分乾燥を行うことで、酸化インジウムと有機化合物のコンポジット体で構成された半導体膜を備えた半導体素子を得た。   It is composed of a composite body of indium oxide and organic compound by placing indium oxide particles that have been cleaned and annealed on a substrate with electrodes printed with cyanoethyl saccharose, pressing with a spatula, and drying on a 120 ° C hot plate for 10 minutes. A semiconductor element provided with the semiconductor film thus obtained was obtained.

[比較例6]
酸化インジウム粒子を4.85g、シアノエチルサッカロースを0.15gに変更した以外は、実施例1と同様に半導体素子を得た。
[Comparative Example 6]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the indium oxide particles were changed to 4.85 g and the cyanoethyl saccharose was changed to 0.15 g.

[比較例7]
金属酸化物粒子には、酸化インジウム(III) nanopowder<100nm particle size (TEM),99.9% trace metals basis>(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた。酸化インジウムに対し、マッフル炉SSTR−11K(ISUZU社製)を用いて空気中、600℃で1時間アニール処理を行った。
[Comparative Example 7]
As the metal oxide particles, indium (III) oxide nanopowder <100 nm particle size (TEM), 99.9% trace metals basis> (manufactured by Sigma-Aldrich) was used. Indium oxide was annealed at 600 ° C. for 1 hour in air using a muffle furnace SSTR-11K (manufactured by ISUZU).

金電極付ウェハにアニール処理した酸化インジウム粒子を乗せ、スパチュラで押しつけ、120℃ホットプレート上で10分乾燥を行うことで、酸化インジウム粒子の塊を得た。   The annealed indium oxide particles were placed on the wafer with gold electrode, pressed with a spatula, and dried on a 120 ° C. hot plate for 10 minutes to obtain a lump of indium oxide particles.

[比較例8]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、比較例2と同様に半導体素子を得た。
[Comparative Example 8]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

[比較例9]
酸化インジウム粒子に代えて、酸化亜鉛nanopowder<100nm particle size(シグマ−アルドリッチ社製)を用いた以外は、比較例6と同様に半導体素子を得た。
[Comparative Example 9]
A semiconductor element was obtained in the same manner as in Comparative Example 6 except that zinc oxide nanopowder <100 nm particle size (manufactured by Sigma-Aldrich) was used in place of the indium oxide particles.

以下、各実施例及び比較例のサンプルに対する評価の結果を、以下の表1、2、3に示す。   Hereinafter, the results of evaluation for the samples of each Example and Comparative Example are shown in Tables 1, 2, and 3 below.

成膜性は、50倍倍率の顕微鏡で半導体膜表面を観察し、80%以上の面積に半導体膜が成膜されている状態を○、80%未満の面積に半導体膜が成膜されている状態を×とした。   The film formability is observed by observing the surface of the semiconductor film with a 50 × magnification microscope, where the semiconductor film is formed in an area of 80% or more, and the semiconductor film is formed in an area of less than 80%. The state was set to x.

移動度は、0.1cm/Vs以上を◎、1.0E−3cm/Vs以上0.1cm/Vs未満を○、1.0E−3cm/Vs未満でトランジスタになったものを△、トランジスタにならなかったものを×とした。 The mobility is 0.1 cm 2 / Vs or more, ◎, 1.0E-3 cm 2 / Vs or more and less than 0.1 cm 2 / Vs, ○, or less than 1.0E-3 cm 2 / Vs becomes a transistor. Those that did not become transistors were marked with x.

オフ電流は、1.0E−10A未満を○、1.0E−10A以上を×とした。ヒステリシスは、Id=1.0nA時の行きと帰りのVgの差が10V未満を○、10V以上を×とした。   The off-state current is less than 1.0E-10A, and 1.0E-10A or more is x. As for the hysteresis, the difference between Vg at the time of return and return at Id = 1.0 nA was less than 10V, and ○ was 10V or more.

Figure 2018093198
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Figure 2018093198
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表1、2、3に示すように、各実施例では、成膜性及び移動度がいずれも良好であった。特に実施例5、6、7、8、18は移動度の点で良好であることがわかった。また、実施例5、7、9、17、18はオフ電流の点で良好であることがわかった。更に、実施例7、9、17、19はヒステリシスの点で良好であることがわかった。一方、比較例1及び比較例2では、いずれも絶縁体となり、トランジスタ素子を作製することができなかった。更に比較例1では、成膜性が悪かった。   As shown in Tables 1, 2, and 3, in each Example, the film forming property and the mobility were both good. In particular, Examples 5, 6, 7, 8, and 18 were found to be good in terms of mobility. In addition, Examples 5, 7, 9, 17, and 18 were found to be favorable in terms of off current. Furthermore, Examples 7, 9, 17, and 19 were found to be good in terms of hysteresis. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, both became insulators and a transistor element could not be manufactured. Furthermore, in Comparative Example 1, the film forming property was poor.

なお、本発明は、以上に記載した実施の形態や、各実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施の形態や各実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、実施の形態や各実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。   In addition, this invention is not limited to embodiment described above or each Example. Based on the knowledge of those skilled in the art, design changes and the like may be added to the embodiments and examples, and the embodiments and examples may be arbitrarily combined, and such changes are added. Embodiments are also within the scope of the present invention.

本発明により、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで製造可能であり、より高い移動度を発現することができる半導体膜、及びそれを用いた半導体素子、並びに分散液を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor film that can be manufactured by a non-vacuum process and a low-temperature process and can exhibit higher mobility, a semiconductor element using the semiconductor film, and a dispersion.

100、200、300、400 半導体素子
110、210、310 基板
120、220、320、420 ゲート電極
130、230、330、430 絶縁体層(ゲート絶縁膜)
140、240、340、440 ソース電極
150、250、350、450 ドレイン電極
160、260、360、460 半導体層
100, 200, 300, 400 Semiconductor element 110, 210, 310 Substrate 120, 220, 320, 420 Gate electrode 130, 230, 330, 430 Insulator layer (gate insulating film)
140, 240, 340, 440 Source electrode 150, 250, 350, 450 Drain electrode 160, 260, 360, 460 Semiconductor layer

Claims (13)

金属酸化物粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記金属酸化物の含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、
前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする半導体膜。
A semiconductor film comprising metal oxide particles and an organic compound, wherein the content of the metal oxide is 55% by mass or more and 95% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film, The content of the organic compound is 5% by mass or more and 45% by mass or less,
Ratio of peak area S1 attributed to O 2− ions of metal oxide and peak area S2 attributed to oxygen deficient O 2− ions (O 2 / S2 / O2s spectrum in XPS measurement of the semiconductor film) A semiconductor film characterized in that S1) is 0.25 or more and 0.60 or less.
酸化インジウム粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記酸化インジウムの含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、528eVから530eVに存在するピークの面積S1と、530eVから533eVに存在するピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする半導体膜。   A semiconductor film containing indium oxide particles and an organic compound, wherein the content of the indium oxide is 55% by mass or more and 95% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film, and the organic compound Is 5 mass% or more and 45 mass% or less, and the peak area S1 existing from 528 eV to 530 eV and the peak area S2 existing from 530 eV to 533 eV in the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film. (S2 / S1) is a semiconductor film characterized by having a ratio of 0.25 to 0.60. 酸化亜鉛粒子と、有機化合物と、を含む半導体膜であって、前記半導体膜全体100質量%に対し、前記酸化亜鉛の含有量は、55質量%以上、95質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、5質量%以上、45質量%以下であり、前記半導体膜のXPS測定におけるO1sスペクトルの、酸化亜鉛のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする半導体膜。 A semiconductor film comprising zinc oxide particles and an organic compound, wherein the content of the zinc oxide is 55% by mass or more and 95% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire semiconductor film, and the organic compound Is 5 mass% or more and 45 mass% or less, and the area S1 of the peak attributed to the O 2− ion of zinc oxide in the O1s spectrum in the XPS measurement of the semiconductor film and the oxygen deficient O 2. - the ratio of the peak area S2, which is attributed to the ion (S2 / S1) is 0.25 or more, a semiconductor film, characterized in that it is 0.60 or less. 前記有機化合物が誘電体であり、比誘電率が5以上100以下であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 1, wherein the organic compound is a dielectric and has a relative dielectric constant of 5 or more and 100 or less. 前記有機化合物が、シアノ基含有有機化合物であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 1, wherein the organic compound is a cyano group-containing organic compound. 前記半導体膜のXPS測定におけるNaの相対元素濃度が、1.0atomic%以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体膜。   6. The semiconductor film according to claim 1, wherein a relative element concentration of Na in XPS measurement of the semiconductor film is 1.0 atomic% or less. 電極と、
前記電極に接する、請求項1から請求項6のいずれかに記載の前記半導体膜と、を有することを特徴とする半導体素子。
Electrodes,
A semiconductor element comprising: the semiconductor film according to claim 1, which is in contact with the electrode.
前記半導体膜の膜厚が、1nm以上1000nm以下であることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 7, wherein the semiconductor film has a thickness of 1 nm to 1000 nm. トランジスタ素子であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の半導体素子。   9. The semiconductor element according to claim 7, wherein the semiconductor element is a transistor element. 移動度が0.001cm/Vs以上、10cm/Vs以下であることを特徴とする、請求項7から請求項9のいずれかに記載の半導体素子。 Mobility 0.001 cm 2 / Vs or more, and equal to or less than 10 cm 2 / Vs, the semiconductor device according to claim 7 of claim 9. 金属酸化物粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記金属酸化物粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、金属酸化物のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする分散液。 A dispersion containing metal oxide particles, an organic compound, and a solvent, wherein the content of the metal oxide particles is 0.1% by mass or more and 60% by mass with respect to 100% by mass of the entire dispersion. The content of the organic compound is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, and the content of the solvent is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less. Ratio of the area S1 of the peak attributed to the O 2− ion of the metal oxide and the area S2 of the peak attributed to the O 2− ion of oxygen deficiency in the O1s spectrum in the XPS measurement after drying (S2 / S1 ) Is 0.25 or more and 0.60 or less. 酸化インジウム粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記酸化インジウム粒子の含有量は、0.01質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.01質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、
前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、528eVから530eVに存在するピークの面積S1と、530eVから533eVに存在するピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする分散液。
A dispersion containing indium oxide particles, an organic compound, and a solvent, wherein the content of the indium oxide particles is 0.01% by mass to 60% by mass with respect to 100% by mass of the entire dispersion. Yes, the content of the organic compound is 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, and the content of the solvent is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less,
The ratio (S2 / S1) of the peak area S1 existing from 528 eV to 530 eV and the peak area S2 present from 530 eV to 533 eV in the O1s spectrum in the XPS measurement after drying of the dispersion is 0.25 or more. , 0.60 or less.
酸化亜鉛粒子と、有機化合物と、溶媒と、を含む分散液であって、前記分散液全体100質量%に対し、前記酸化亜鉛粒子の含有量は、0.1質量%以上60質量%以下であり、前記有機化合物の含有量は、0.1質量%以上20質量%以下であり、前記溶媒の含有量は、20質量%以上、99.98質量%以下であり、前記分散液の乾燥後のXPS測定におけるO1sスペクトルの、酸化亜鉛のO2−イオンに帰属されるピークの面積S1と、酸素欠損のO2−イオンに帰属されるピークの面積S2との比(S2/S1)が、0.25以上、0.60以下であることを特徴とする分散液。
A dispersion containing zinc oxide particles, an organic compound, and a solvent, wherein the content of the zinc oxide particles is 0.1% by mass or more and 60% by mass or less with respect to 100% by mass of the entire dispersion. Yes, the content of the organic compound is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, the content of the solvent is 20% by mass or more and 99.98% by mass or less, and after the dispersion is dried The ratio (S2 / S1) between the area S1 of the peak attributed to the O 2− ion of zinc oxide and the area S2 of the peak attributed to the O 2− ion of oxygen deficiency in the O1s spectrum in XPS measurement of Dispersion characterized by being 0.25 or more and 0.60 or less.
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