JP2556482B2 - Semiconductor-containing device - Google Patents

Semiconductor-containing device

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JP2556482B2
JP2556482B2 JP61191997A JP19199786A JP2556482B2 JP 2556482 B2 JP2556482 B2 JP 2556482B2 JP 61191997 A JP61191997 A JP 61191997A JP 19199786 A JP19199786 A JP 19199786A JP 2556482 B2 JP2556482 B2 JP 2556482B2
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semiconductor
film
electron donor
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metal complex
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憲治 本田
敦司 桑野
創 三山
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Sagami Chemical Research Institute
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    • Y02E10/549Organic PV cells

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基材中に電子供与体、電子受容体及び半導
体を含む半導体含有素子に関し、該素子を例えば光駆動
型表示素子又は記録素子として利用する技術分野に関す
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor-containing device including an electron donor, an electron acceptor and a semiconductor in a substrate, and the device is, for example, a light-driven display device or a recording device. It relates to the technical field used as.

〔従来技術〕[Prior art]

非発光型表示素子として液晶表示素子(以下、LCDと
略す)と並び活発に開発が進められているものにエレク
トロクロミック表示素子(以下、ECDと略す)がある。L
CDが壁かけテレビなどの実用化すべく開発が進んでいる
のに対し、ECDは見やすい、視角異存性がない、メモリ
ー性があるなど、LCDに優る表示特性を有しながら、短
寿命のゆえに実用化が遅れている。このような現状にお
いて、ECDを今後何らかの実用素子として商品開発を進
めるには、LCDとは異なる機能的特質を生かした素子設
計を行なう事が重要である。即ち、ECDの表示メモリー
性に着目し、単なる表示素子というよりも記録性のある
表示素子として、例えば、教育、会議用の掲示板や駅な
どのパブリックディスプレーへの利用が考えられる。更
には、新しいタイプの電解記録素子として商品化を計る
ことも考えられる。
As a non-emissive display element, an electrochromic display element (hereinafter abbreviated as ECD) is being actively developed along with a liquid crystal display element (hereinafter abbreviated as LCD). L
While CDs are being developed to be put to practical use as wall-mounted TVs, ECDs have display characteristics superior to those of LCDs, such as easy-to-read, no viewing angle disparity, and memory characteristics, but are practical due to their short life. The conversion is delayed. Under these circumstances, in order to promote product development of ECD as a practical device in the future, it is important to design the device by taking advantage of the functional characteristics different from LCD. That is, paying attention to the display memory property of the ECD, it can be considered to be used as a display device having a recording property rather than a simple display device, for example, a public display such as a bulletin board or a station for education and meetings. Furthermore, it may be considered to commercialize a new type of electrolytic recording element.

ところで、記録素子としての利用を考える場合、記録
密度又は記録の自由度が問題になるが、従来のECDの原
理を用いる限り基盤電極を必要とするため、これらの問
題点を根本的に解決する事はできない。即ち、ECDにお
いては、表現する文字又は図柄に相当する型をした基盤
電極を設置する必要上、高密度の記録、表示などを行な
うには極めて複雑な配線となり、実用上大きな障害があ
った。そこで、本発明者らはこの点を抜本的に解決する
ため、光駆動型のECDを作製することを考えた。即ち、
基盤電極に光応答性の半導体を用いた素子(Photoelect
rochromic Device;以下,PECDと称す。)の開発を試み
た。
By the way, when considering the use as a recording element, the recording density or the degree of freedom of recording becomes a problem, but since the base electrode is required as long as the conventional ECD principle is used, these problems are fundamentally solved. I can't do that. That is, in the ECD, since it is necessary to install a base electrode having a shape corresponding to the character or pattern to be expressed, the wiring becomes extremely complicated for high-density recording and displaying, which is a serious obstacle to practical use. Therefore, the inventors of the present invention considered to manufacture an optically driven ECD in order to fundamentally solve this point. That is,
Device using photo-responsive semiconductor for substrate electrode (Photoelect
rochromic Device; hereinafter referred to as PECD. ) Was tried to develop.

PECDの原理は、例えば、J.Electrochem.Soc.,127,158
2−1588,(1980)にすでに報告されている。この報告に
よれば、n型ZnOを用い、光レドックス反応により、ZnO
電極上にpbO2の被膜を形成させる光記録の方法が試みら
れている。
The principle of PECD is, for example, J. Electrochem. Soc., 127 , 158.
2-1588, (1980). According to this report, using n-type ZnO, ZnO
An optical recording method has been attempted in which a pbO 2 film is formed on an electrode.

更に、J.Electrochem.Soc.,127,333−338,(1980)の
報告によれば、p型GaAsを用い、光レドックス反応によ
りGaAs電極上にビオローゲンカチオンラジカルを析出さ
せ、光記録を行う方法が開示されている。
Further, according to the report of J. Electrochem. Soc., 127 , 333-338, (1980), p-type GaAs is used to deposit a viologen cation radical on a GaAs electrode by a photo-redox reaction to perform optical recording. Is disclosed.

しかしながら、これらの従来法は、取扱った反応系は
水溶液中の反応であり、PECDの動作原理を提案するのに
留まっていたにすぎない。
However, in these conventional methods, the handled reaction system is a reaction in an aqueous solution, and it is merely to propose the operating principle of PECD.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

本発明の目的は、例えばPECDなどに利用できる、新規
な固体薄膜素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a novel solid-state thin film element that can be used in, for example, PECD.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、薄膜状基材からなる半導体含有素子であっ
て、 (1)薄膜状基材中に光照射によって電子と正孔を生成
する半導体を含み、かつ薄膜状基材中もしくは表面に電
子供与体及び電子受容体を含むものであり、 (2)該電子供与体及び電子受容体の少なくとも一方が
それぞれ酸化又は還元によって変色するものであり、か
つ該電子供与体及び電子受容体の少なくとも一方が高分
子金属錯体であり、 (3)該電子供与体及び電子受容体が、 (i)両者ともに高分子金属錯体である場合には、上記
基材のそれぞれ相対する反対の表面に固定化されている
か、 (ii)両者のうち電子供与体が高分子金属錯体でない場
合には、該電子供与体が不可逆的に酸化されるものであ
るか、 あるいは (iii)一方の高分子金属錯体でない場合には、高分子
金属錯体でない電子供与体又は電子受容体の還元又は酸
化生成種が基材中の溶媒に不溶性である、 ことを特徴とする半導体含有素子に関するものである。
本発明者らは、当該素子を薄膜固体化するべく鋭意努力
を重ねた結果、薄膜状基材中に該素子の構成成分を能率
よく組み込む技術を開発するに至った。以下、各構成成
分を具体的に説明するとともに、これらの成分を基材中
に含有させる技術について記述する。
The present invention is a semiconductor-containing element comprising a thin film base material, which comprises (1) a semiconductor that generates electrons and holes by light irradiation in the thin film base material, and has an electron in or on the surface (2) at least one of the electron donor and the electron acceptor is discolored by oxidation or reduction, and at least one of the electron donor and the electron acceptor. Is a polymer metal complex, and (3) when the electron donor and the electron acceptor are both (i) polymer metal complexes, they are immobilized on the respective opposite surfaces of the substrate. Or (ii) if the electron donor of both is not a polymer metal complex, the electron donor is irreversibly oxidized, or (iii) if it is not one of the polymer metal complexes. In the polymer Electron donor or electron acceptor in the reduction or oxidation product species not metal complex is insoluble in the solvent in the substrate, it relates to a semiconductor-containing device characterized.
As a result of intensive efforts to solidify the device into a thin film, the inventors have developed a technique for efficiently incorporating the constituent components of the device into a thin film substrate. Hereinafter, each constituent component will be specifically described, and a technique of incorporating these components into the base material will be described.

本発明に用いる電子供与体としては、プルシアンブル
ー(以下、PBと略す。)に代表される不溶性の混合原子
価多核金属錯体、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミ
ダゾール、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコールなど
の金属と結合可能な官能基を有する高分子量物質(以
下、金属配位性高分子と称す。)に鉄(II)、コバルト
(II)、ニッケル(II)、銅(I)などの低原子価状態
の遷移金属イオンを配位結合した可溶性の高分子金属錯
体をはじめ、トリス(バソフェナントロリン)鉄(II)
錯体、トリス(2,2′−ビピリジン)鉄(II)錯体、ト
リス(フェナントロリン)コバルト(II)錯体、フェロ
センなどの低分子金属錯体、アントラセン、アセナフチ
レン、カルバゾール、テトラチアフルバレンなどの多環
芳香族化合物、ポリピロール、ポリチオフィン、ポリア
ニリンなどの酸化重合により得られる導電性高分子、、
ハイドロキノン、ピロガロール、カテコールなどの還元
型キノン類、酒石酸、エチレンジアミン四酢酸、蟻酸な
どの有機酸、メチルアルコール、エチルアルコール、ポ
リビニルアルコール、セルロースなどのアルコール類、
トリフェニルアミン、ブチルアミン、トリエタノールア
ミンなどのアミン類、チオール化合物、テトラヒドロフ
ランなどを例示することができる。
As the electron donor used in the present invention, an insoluble mixed-valence polynuclear metal complex represented by Prussian blue (hereinafter abbreviated as PB), polyvinyl pyridine, polyvinyl imidazole, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol and the like are bonded. Transition of low valence state of iron (II), cobalt (II), nickel (II), copper (I), etc. to a high molecular weight substance having a possible functional group (hereinafter referred to as metal coordination polymer) Tris (vasophenanthroline) iron (II), including soluble polymeric metal complexes with metal ions coordinated
Complex, tris (2,2'-bipyridine) iron (II) complex, tris (phenanthroline) cobalt (II) complex, low molecular metal complex such as ferrocene, polycyclic aromatic such as anthracene, acenaphthylene, carbazole, tetrathiafulvalene Conductive polymer obtained by oxidative polymerization of compounds, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, etc.,
Reduced quinones such as hydroquinone, pyrogallol and catechol, tartaric acid, organic acids such as ethylenediaminetetraacetic acid and formic acid, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, polyvinyl alcohol and cellulose,
Examples thereof include amines such as triphenylamine, butylamine and triethanolamine, thiol compounds, tetrahydrofuran and the like.

一方、電子受容体としては、PBに代表される不溶性の
混合原子価多核金属錯体、金属配位性高分子に鉄(II
I)、コバルト(III)、ニッケル(III)、銅(II)な
どの高原子価状態の遷移金属イオンを配位結合した可塑
性の高分子金属錯体をはじめ、メチルビオローゲン、ヘ
プチルビオローゲン、ベンジルビオローゲンなどの4,
4′−ビピリジニウム塩、9,10−アントラキノン−2,6−
ジスルホン酸ジナトリウム、9,10−アントラキノン−1
−スルホン酸ナトリウムなどの酸化型キノン類、1,3−
ジブチルアロキサジン、1,3−ジドデシルアロキサジ
ン、ビタミンK、ベンジルニコチンアミド、フラビンモ
ノヌクレオチド、テトラシアノキノジメタンなどを例示
することができる。
On the other hand, as an electron acceptor, an insoluble mixed-valence polynuclear metal complex typified by PB, an iron (II
I), cobalt (III), nickel (III), copper (II), and other high-valence transition metal ions coordinated to form a plastic polymer metal complex, as well as methyl viologen, heptyl viologen, benzyl viologen, etc. Of 4,
4'-bipyridinium salt, 9,10-anthraquinone-2,6-
Disodium disulfonate, 9,10-anthraquinone-1
-Oxidized quinones such as sodium sulfonate, 1,3-
Examples thereof include dibutyl alloxazine, 1,3-didodecyl alloxazine, vitamin K, benzylnicotinamide, flavin mononucleotide, and tetracyanoquinodimethane.

本発明に用いる半導体は、アモルファス微粒子であっ
ても単結晶であってもよく、その種類もGe、Siなどの単
体の半導体から、GaAs、InPなどのIII−V族化合物半導
体、CdS、ZnOなどのII−VI族化合物半導体など、基本的
には全ての半導体が挙げられる。
The semiconductor used in the present invention may be amorphous fine particles or single crystal, and the types thereof include single semiconductors such as Ge and Si, III-V group compound semiconductors such as GaAs and InP, CdS and ZnO. Basically, all semiconductors such as II-VI group compound semiconductors of

本発明の素子を、例えば、PECDなどに利用する場合、
当該素子を薄膜固体化する事が好ましい。このため、電
子供与体、電子受容体及び半導体の各構成成分を薄膜状
基材に能率よく組み込む必要がある。このような基材と
して、高分子量物質やセラミックスなどの材質を挙げる
ことができるが、大面積化が容易で、フレキシブルでか
つ安価なものとして高分子基材が好適である。このよう
な高分子基材を具体的に示すならば、ポリスチレン、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリスチ
レンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、
ポリアクリロニトリル、ポリビニルピリジン、ポリビニ
ルアルコール、ポリ−p−アミノスチレン、ナフィオン
(商標)などを例示することができる。尚、素子製造
上、上記の高分子基材が水をはじめとする溶媒に不溶で
あることが好ましく、このため高分子基材は架橋構造を
有することが望ましい。架橋構造を有する高分子量物質
としては、スチレンスルホン酸、アクリル酸、アクリロ
ニトリル、4−ビニルピリジン、p−アミノスチレンな
どの金属配位性モノマーと、ジビニルベンゼン、メチレ
ンビスアクリルアミドなど架橋性モノマーとの共重合
体、ポリビニルアルコール、ポリアリルアミンなどの側
鎖に反応性基を有する高分子量物質をグルタールアルデ
ヒド、塩化シアヌル、トルエンジイソシアネートなどの
架橋剤で架橋した高分子量物質などが挙げられる。
When the device of the present invention is used in, for example, PECD,
It is preferable to solidify the device into a thin film. Therefore, it is necessary to efficiently incorporate each component of the electron donor, the electron acceptor and the semiconductor into the thin film substrate. Examples of such a base material include materials such as high molecular weight substances and ceramics, but a polymer base material is preferable because it can be easily made large in area, is flexible, and is inexpensive. Specific examples of such a polymer substrate include polystyrene, polyethylene, polypropylene, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene, nylon, polystyrenesulfonic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid,
Examples thereof include polyacrylonitrile, polyvinyl pyridine, polyvinyl alcohol, poly-p-aminostyrene, Nafion (trademark) and the like. From the viewpoint of device production, it is preferable that the above-mentioned polymer base material is insoluble in a solvent such as water. Therefore, it is desirable that the polymer base material has a crosslinked structure. As the high molecular weight substance having a cross-linking structure, a metal coordinating monomer such as styrene sulfonic acid, acrylic acid, acrylonitrile, 4-vinyl pyridine, p-aminostyrene and a cross-linking monomer such as divinylbenzene and methylenebisacrylamide can be used. Examples thereof include high molecular weight substances obtained by crosslinking a high molecular weight substance having a reactive group in the side chain such as a polymer, polyvinyl alcohol, polyallylamine with a crosslinking agent such as glutaraldehyde, cyanuric chloride, toluene diisocyanate.

半導体を高分子基材中に組み込む方法としては、高分
子を溶媒にとかした溶液に半導体を分散したものをキャ
ストして溶媒を蒸発乾固する、いわゆる“流延法”が一
般的である。又別法として、高分子基材中に予め金属イ
オンを吸着させておき、該基材をH2S、Na2S、Na2S2O4
Na2Se、Na2SeO3などのカルコゲン元素を含む還元剤と接
触せしめることにより基材中で半導体を生成して分散す
る方法もある。この方法は特にカルコゲナイド系化合物
半導体に有用である。
As a method for incorporating a semiconductor into a polymer base material, a so-called "casting method" is generally used, in which a semiconductor is dispersed in a solution in which a polymer is dissolved and the semiconductor is dispersed and the solvent is evaporated to dryness. As another method, metal ions are previously adsorbed in the polymer base material, and the base material is H 2 S, Na 2 S, Na 2 S 2 O 4 ,
There is also a method of generating and dispersing a semiconductor in a base material by bringing it into contact with a reducing agent containing a chalcogen element such as Na 2 Se or Na 2 SeO 3 . This method is particularly useful for chalcogenide compound semiconductors.

電子供与体及び電子受容体を半導体含有基材に組み込
む方法としては、電子供与体又は電子受容体が低分子量
物質である場合には、これを溶媒にとかすか或いは液体
のものはそのままの状態で、半導体含有基材中に含浸さ
せればよい。電子供与体又は電子受容体がカルボキシル
基、四級アンモニウム基などのイオン性基、或いはアミ
ノ基、水酸基などの反応性基を有し、且つ半導体含有基
材がこのようなイオン性基又は反応性基と直接又は何ら
かの試剤を介して間接的に結合しうる官能基を有する場
合には、電子供与体及び/又は電子受容体を基材に化学
結合で固定化する事により組み込むことができる。電子
供与体及び/又は電子受容体が高分子量物質で且つ溶媒
可溶性の場合、これを溶媒にとかした溶液を半導体含有
基材表面に塗布、乾固する事により固定化することがで
きる。電子供与体及び/又は電子受容体が高分子金属錯
体であって、PBに代表される溶媒不溶かつ不融性な多核
金属錯体である場合、真空蒸着法などの物理的方法によ
り半導体含有基材表面に固定することが可能である。又
別法として、本発明者らが独自に開発した新しい薄膜化
技術(以下、表面錯化法と称す。)に従えば、安定かつ
能率よく高分子金属錯体を基材表面に固定化することが
できる。
As a method of incorporating the electron donor and the electron acceptor into the semiconductor-containing substrate, when the electron donor or the electron acceptor is a low molecular weight substance, it is dissolved in a solvent or the liquid one is left as it is. The semiconductor-containing base material may be impregnated. The electron donor or electron acceptor has an ionic group such as a carboxyl group or a quaternary ammonium group, or a reactive group such as an amino group or a hydroxyl group, and the semiconductor-containing substrate has such an ionic group or a reactive group. In the case of having a functional group capable of being bonded directly to the group or indirectly via some reagent, it can be incorporated by immobilizing the electron donor and / or the electron acceptor on the substrate by a chemical bond. When the electron donor and / or the electron acceptor is a high molecular weight substance and is soluble in a solvent, it can be immobilized by coating a solution of the solvent in a solvent on the surface of the semiconductor-containing substrate and drying. When the electron donor and / or the electron acceptor is a polymer metal complex and is a solvent-insoluble and infusible polynuclear metal complex typified by PB, a semiconductor-containing substrate is formed by a physical method such as vacuum deposition. It can be fixed on the surface. Alternatively, according to a new thinning technology (hereinafter referred to as a surface complexing method) originally developed by the present inventors, it is possible to stably and efficiently immobilize a polymer metal complex on a substrate surface. You can

即ち、一般式▲MX A(LA a)l▼ (式中、▲MX A▼はX価の原子価状態の遷移金属イオン
を表わし、▲L ▼は中性又はa価の陽電荷を有する
配位子で、a及びlは0を含む正の整数を表わす)で表
わされる錯陽イオンと 一般式▲MY B(Lb B(Lc C▼ (式中、▲MY B▼はY価の原子価状態の遷移金属イオン
を表わし、▲Lb B▼はb価の陰電荷を有する配位子であ
り、▲Lc C▼は中性又はc価の陰電荷を有する配位子を
表わし、bは負の整数であって、cは0を含む負の整数
を表わす。尚、mは正の整数であって、nは0を含む正
の整数を表わす)で表わされる錯陰イオンとを電荷が中
和する当量で混ぜ合わせる事により不溶性多核金属錯体
を基材上に形成させることができる。すなわち、基材に
上記の錯陽イオン又は錯陰イオンを予め吸着せしめてお
き、次に該基材に基材に含有しているイオンと反対の電
荷を有する錯イオンを含む溶液中に浸漬する事により、
基材表面に所望の高分子金属錯体を析出させることがで
きる。ここで用いる錯イオンを構成する遷移金属イオン
及び配位子を具体的に例示するならば、▲MX A▼及び▲
Y B▼としは、Fe2+、Fe3+、Co2+、Co3+、Ni2+、Ru2+
Ru3+、Os2+、Os3+などの主に周期律表第VIII族の低原子
価及び高原子価状態の金属イオンが好適である。▲MX A
▼の供給物質としてFeCl2、FeCl3、RuCl3、CoCl2、FeSO
4、Co(CH3COO)、Fe(NH36Cl2などの金属塩を例示
することができる。▲La A▼としては、通常、アンモニ
ア、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ビピリ
ジン、フェナントロリン、ピリジン、トリエタノールア
ミンなどの電荷を持たない中性の配位子を用いることが
できる。これらの配位子に、例えば、第四アンモニウム
基の如き陽電荷を有する置換基が結合していても構わな
い。▲Lb B▼としては、CN-をはじめとして、ジメルカ
プトマレイン酸、ピロメリット酸、ジチオギザミド(ル
ベアン酸)、ナフタザリン、1,6−ジヒドロキシフェナ
ジンなどの陰電荷を有する架橋配位子を例示することが
できる。また、▲Lc C▼としては、CN-をはじめとし
て、SO3 2-、ASO2 -、クエン酸、イミノジ酢酸、ニトリロ
三酢酸などの陰電荷を有する配位子、或いは、アンモニ
ア、水、一酸化炭素などの電荷を持たない配位子を例示
することができる。
That is, the general formula ▲ M X A (L A a ) l ▼ (wherein, ▲ M X A ▼ represents a transition metal ion in an X-valent valence state, and ▲ L a A ▼ represents a neutral or a-valent in ligand having a positive charge,錯陽ion of the general formula is a and l represented by represents a positive integer including 0) ▲ M Y B (L b B) m (L c C) n ▼ ( formula among, ▲ M Y B ▼ represents a transition metal ion of the Y-valent valence state, ▲ L b B ▼ is a ligand having a b-valent negative charge, ▲ L c C ▼ neutral or c Represents a ligand having a negative negative charge, b is a negative integer, and c is a negative integer including 0. Note that m is a positive integer and n is a positive integer including 0. An insoluble polynuclear metal complex can be formed on the substrate by mixing with a complex anion represented by (representing an integer) in an amount equivalent to neutralize the charge. That is, the above-mentioned complex cation or complex anion is preliminarily adsorbed on the base material, and then the base material is immersed in a solution containing a complex ion having a charge opposite to that of the ion contained in the base material. By the way
A desired polymer metal complex can be deposited on the surface of the base material. To specifically exemplify the transition metal ion and the ligand constituting the complex ion used here, ▲ M X A ▼ and ▲
M Y B ▼ means Fe 2+ , Fe 3+ , Co 2+ , Co 3+ , Ni 2+ , Ru 2+ ,
Ru 3+ , Os 2+ , Os 3+, and other metal ions mainly in the low-valence and high-valence states of Group VIII of the Periodic Table are suitable. ▲ M X A
FeCl 2 , FeCl 3 , RuCl 3 , CoCl 2 , FeSO as the feed material of ▼
Examples thereof include metal salts such as 4 , Co (CH 3 COO) 2 and Fe (NH 3 ) 6 Cl 2 . ▲ L a A ▼ as can be used normally, ammonia, ethylenediamine, diethylenetriamine, bipyridine, phenanthroline, pyridine, a neutral ligand having no charge such as triethanolamine. A substituent having a positive charge such as a quaternary ammonium group may be bonded to these ligands. ▲ L b B ▼ The, CN - including the, dimercapto maleic acid, pyromellitic acid, Jichiogizamido (rubeanic acid), naphthazarin, illustrate the bridging ligand having a negative charge, such as 1,6-dihydroxy phenazine be able to. Further, as ▲ L c C ▼, CN , SO 3 2− , A S O 2 , a ligand having a negative charge such as citric acid, iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, or ammonia, Illustrative examples are ligands having no charge such as water and carbon monoxide.

この際、▲MY B(CN(Lc C)▼で表わされる錯
陰イオンの供給物質として、K3〔Fe(CN-〕、K4〔F
e(CN-〕、K2〔Fe(CN-(H2O)、K4〔Ru(C
N-〕、K4〔OS(CN7〕、CS3〔Fe(CN-〕、
(NH4〔Fe(CN-(CO)〕、などの金属塩を用い
ることができる。
At this time, ▲ M Y B (CN - ) 5 (L c C) as a feed material of complex anions represented by ▼, K 3 [Fe (CN -) 6], K 4 [F
e (CN -) 6], K 2 [Fe (CN -) 5 (H 2 O), K 4 [Ru (C
N -) 6], K 4 [O S (CN 7) 6], C S3 [Fe (CN -) 6],
A metal salt such as (NH 4 ) 2 [Fe (CN ) 5 (CO)] can be used.

また、ポリピロールなどの導電性高分子を半導体含有
基材に組み込む方法としては、例えば、次のような方法
を適用することができる。即ち、半導体含有基材を2室
型セパレートの間に挟み、片側のセル室に所望の高分子
を合成するのに用いるモノマーをとかした溶液を入れ、
反対側のセル室には該モノマーの重合開始剤を含む溶液
を入れる。こうすることにより半導体含有膜上で所望の
導電性高分子を薄膜化することが可能である。例えば、
導電性高分子を基材である半導体含有膜の片面に析出さ
せ、反対面に電子受容体を積層するためには、モノマー
或いは重合開始剤のいずれか一方が基材膜に侵入しな
い、もしくは、侵入することがきわめて困難であること
が必要条件である。そこで、このような手法が適用でき
る具体例を示すならば、モノマーとしては、ピロール、
チオフェン、アニリン、チオフェノールなどの酸化的に
重合する化合物を挙げることがてきる。このようなモノ
マーの重合開始剤としては、Na2S2O8、K2S2O8、KRuO4
K3〔Fe(CN)〕、H2PtCl6、K2PtCl4、K2IrCl6などの
ような溶存時にイオン解離して重合活性基が負電荷を有
する化合物を例示することができる。このような組み合
わせで反応を行なう場合、例えば、基材となる半導体含
有膜が陽イオン交換膜から構成されているならば、該膜
が有する負電荷と重合開始剤の負電荷を有する解離基の
静電反撥力により、該重合開始剤が基材膜へ浸透する速
度はきわめて遅くなる。一方、モノマー分子は電気的に
中性であるので該基材膜への浸透は比較的速く、その結
果、該モノマーの重合は重合開始剤を入れたセル室側で
のみ生起することにより、所望の導電生高分子を半導体
含有膜の片面にのみ析出させることができる。そのとき
の導電性高分子を薄膜状で析出させる条件は、モノマー
及び重合開始剤の組み合わせにより異なるし、また、所
望の導電性高分子の膜厚によっても異なるが、一般的に
言うならば、モノマー濃度は0.1〜5mol/、重合開始剤
濃度は0.01〜1mol/、反応時間は1〜30分、温度は4
〜50℃前後という条件を例示することができる。尚、本
発明による素子は、所望により約10ミクロン以上の厚さ
にすることができる。本発明では電子供与体及び電子受
容体の少なくとも一方が高分子金属錯体である事が好ま
しい。
As a method of incorporating a conductive polymer such as polypyrrole into the semiconductor-containing base material, for example, the following method can be applied. That is, a semiconductor-containing base material is sandwiched between two-chamber separates, and a solution in which a monomer used for synthesizing a desired polymer is dissolved is placed in one cell chamber,
A solution containing a polymerization initiator of the monomer is placed in the cell chamber on the opposite side. By doing so, a desired conductive polymer can be thinned on the semiconductor-containing film. For example,
In order to deposit a conductive polymer on one surface of a semiconductor-containing film as a base material and to stack an electron acceptor on the other surface, either one of a monomer and a polymerization initiator does not enter the base material film, or The requirement is that it is extremely difficult to penetrate. Therefore, if a specific example to which such a method can be applied is shown, the monomer is pyrrole,
Mention may be made of oxidatively polymerizable compounds such as thiophene, aniline, thiophenol. As a polymerization initiator for such a monomer, Na 2 S 2 O 8 , K 2 S 2 O 8 , KRuO 4 ,
Examples of such compounds include K 3 [Fe (CN) 6 ], H 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 4 , and K 2 IrCl 6 which are ion-dissociated during dissolution and have a negatively charged polymerization active group. When the reaction is carried out in such a combination, for example, when the semiconductor-containing film as the base material is composed of a cation exchange film, the negative charge of the film and the dissociative group of the polymerization initiator having the negative charge Due to the electrostatic repulsive force, the rate at which the polymerization initiator penetrates into the base film becomes extremely slow. On the other hand, since the monomer molecule is electrically neutral, the permeation into the substrate film is relatively fast, and as a result, the polymerization of the monomer occurs only on the side of the cell chamber containing the polymerization initiator. The conductive biopolymer can be deposited only on one side of the semiconductor-containing film. The conditions for depositing the conductive polymer in a thin film state at that time vary depending on the combination of the monomer and the polymerization initiator, and also vary depending on the film thickness of the desired conductive polymer, generally speaking, Monomer concentration is 0.1-5 mol /, polymerization initiator concentration is 0.01-1 mol /, reaction time is 1-30 minutes, temperature is 4
The condition of about 50 ° C. can be exemplified. It should be noted that the device according to the present invention can be made as thick as about 10 microns or more, if desired. In the present invention, at least one of the electron donor and the electron acceptor is preferably a polymer metal complex.

本発明の半導体含有素子を、例えば、PECDに利用する
事を考えると、該素子の構成成分である電子供与体、電
子受容体及び半導体の基材中での配列状態が重要になっ
てくる。即ち、半導体が光を吸収して生成する電子及び
正孔を、電子受容体及び電子供与体にそれぞれ効率よく
受け渡すためには、電子供与体と電子受容体が半導体を
介してそれぞれ分離している必要がある。具体的には、
半導体含有基材の相対する反対面に電子供与体及び電子
受容体を固定化する事が望ましく、そのためには電子供
与体及び電子受容体の少なくとも一方が高分子量物質で
あることが好ましい。しかも、半導体含有素子の耐久
性、機能性なども考えると、該高分子量物質が高分子金
属錯体であることが好ましい。以下に、本発明の半導体
含有素子を、例えば、PECDに利用する場合の素子の動作
原理を簡単に説明する。基材中に含有された半導体(以
下、Sと略す)と、電子供与体(以下、Dと略す)及び
電子受容体(以下、Aと略す)が、第1図に示されるよ
うなエネルギー関係にある場合(即ち、Dの酸化還元電
位(1)がSの価電子帯の位置(2)より負であって、
Aの酸化還元電位(4)がSの伝導帯の位置(3)より
正であり、且つ、Dの酸化還元電位(1)がAの酸化還
元電位(4)より正である場合)、Sが光照射により励
起され価電子帯に正孔が生成し、伝導帯に電子が移され
る事によって、DからSの価電子帯に電子が注入され、
同時に、Sの伝導帯に励起された電子がAに受け渡され
る。その結果、Sの光励起作用によりDからAに電子が
移動し、Dは光酸化され、Aは光還元される事になる。
この際、D及び/又はAとして、酸化又は還元により変
色する物質(エレクトロクロミック材:以下、EC材と呼
ぶ)を用いるならば、該半導体含有素子がPECDとして利
用できることになる。ところで、D及びAがともに可逆
的に酸化還元されるレドックス剤である場合、Dが酸化
されて生成する化学種(D+)と、Aが還元されて生成す
る化学種(A-)が接触する素子構造であるならば、熱力
学の教える所に従えば、A-からD+へ電子の流入(以下、
これを逆電子移動と呼ぶ)が自動的に起きる。万一、こ
のような逆電子移動が生起すると、結果的には何の化学
反応も起らなかったのと同然で、勿論このような場合に
は、フォトエレクトロクロミズムは観測されない。従っ
て、得られた半導体含有素子をPECDに利用するために
は、この逆電子移動を防ぐことが重要である。
Considering the use of the semiconductor-containing device of the present invention in, for example, PECD, the arrangement state of the electron donor, the electron acceptor and the semiconductor, which are the constituent components of the device, in the base material becomes important. That is, in order to efficiently transfer the electrons and holes generated by the semiconductor by absorbing light to the electron acceptor and the electron donor, respectively, the electron donor and the electron acceptor are separated through the semiconductor. Need to be In particular,
It is desirable to immobilize the electron donor and the electron acceptor on opposite sides of the semiconductor-containing substrate, and for that purpose, at least one of the electron donor and the electron acceptor is preferably a high molecular weight substance. Moreover, considering the durability and functionality of the semiconductor-containing element, it is preferable that the high molecular weight substance is a polymer metal complex. The operation principle of the semiconductor-containing device of the present invention when used in, for example, PECD will be briefly described below. The semiconductor (hereinafter abbreviated as S), the electron donor (hereinafter abbreviated as D), and the electron acceptor (hereinafter abbreviated as A) contained in the base material have an energy relationship as shown in FIG. (That is, the redox potential (1) of D is more negative than the position (2) of the valence band of S,
If the redox potential (4) of A is more positive than the position (3) of the conduction band of S, and the redox potential (1) of D is more positive than the redox potential of A (4), S Are excited by light irradiation to generate holes in the valence band and transfer electrons to the conduction band, thereby injecting electrons into the valence band of S from D,
At the same time, the electrons excited in the conduction band of S are transferred to A. As a result, the electrons are moved from D to A by the photoexcitation action of S, D is photooxidized, and A is photoreduced.
At this time, if a substance that changes color by oxidation or reduction (electrochromic material: hereinafter referred to as EC material) is used as D and / or A, the semiconductor-containing element can be used as PECD. By the way, when both D and A are redox agents which are reversibly redox-oxidized, the chemical species (D + ) produced by oxidation of D and the chemical species produced by reduction of A (A ) are contacted with each other. According to the teaching of thermodynamics, the influx of electrons from A to D + (hereinafter,
This is called reverse electron transfer) occurs automatically. In the unlikely event that such reverse electron transfer occurs, no chemical reaction will occur as a result. Of course, in such a case, photoelectrochromism is not observed. Therefore, in order to utilize the obtained semiconductor-containing device for PECD, it is important to prevent this reverse electron transfer.

逆電子移動も防ぐ最も効果的な方法は、AとDをSを
介して空間的に完全に分離することである。具体的に
は、A及びDを基材のそれぞれ相対する反対の表面に固
定化してやればよい。その方法としては、例えば、A及
びDを基材上に薄膜積層化するとか、A及びDと基材間
に共有結合、イオン結合、水素結合などの結合力を利用
して基材表面に化学的に固定化することができる。前者
の有効な方法として、上記の表面錯化法を挙げることが
できる。即ち、上記の手順に従い、PBなどの高分子金属
錯体を基材膜の両表面又は片面に薄膜状に積層すること
ができる。PBはFe2+とFe3+をCN-架橋配位子で三次元的
に架橋した混合原子価状態にある高分子金属錯体である
ので、式(1)及び式(2)に従い、可逆的に還元も酸
化もされる: 従って、PBは電子供与体としても作用するし、電子受容
体としても作用するので、PBを基材の両表面に積層した
素子を製造することができる。該素子を、例えば、PECD
として利用するならば、PBは上記の式(1)及び(2)
に従い光照射下で還元及び酸化されて、夫々青色から無
色、及び青色から緑色に変色する。この際、例えば、半
導体としてCdSを用い、基材膜にナフィオンを用いるな
らば、半導体含有基材が鮮やかな黄色の背景体として作
用して、PBの還元側では暗緑色から黄色へのコントラス
トのよい変色を示す。一方、PBの酸化側では暗緑色から
黄緑色の変化として肉眼には映り、コントラストは余り
よくない。従って、PBを用いる場合には、還元側を表示
面とすることが望ましい。PBを基材の片面にのみ析出さ
せ、これを還元側表示面として、酸化側に異なる物質
(電子供与体)を用いることもできる。例えば、前記の
方法に従い、ポリピロール(PPy)をPBとは反対の表面
に積層して、基材に含有される半導体としてCdSを用い
るならば、PPy表面に光照射することによって、PBを電
子供与体及び電子受容体として用いた場合よりもさらに
良好な成績を得ることができる。このように、半導体、
電子供与体及び電子受容体の組み合わせにより素子性能
を制御することが可能である。
The most effective way to prevent reverse electron transfer is to completely separate A and D via S spatially. Specifically, A and D may be immobilized on the opposite surfaces of the base material that face each other. As the method, for example, A and D are laminated on a base material in a thin film, or a bonding force such as a covalent bond, an ionic bond, or a hydrogen bond between A and D and the base material is used to chemically bond the surface of the base material. Can be fixed in place. As the former effective method, the above-mentioned surface complexing method can be mentioned. That is, according to the above procedure, a polymer metal complex such as PB can be laminated in a thin film on both surfaces or one surface of the substrate film. Since PB is a polymer metal complex in a mixed-valence state in which Fe 2+ and Fe 3+ are three-dimensionally bridged by a CN - bridged ligand, it is reversible according to formulas (1) and (2). Are both reduced and oxidized: Therefore, PB acts both as an electron donor and as an electron acceptor, so that a device in which PB is laminated on both surfaces of a substrate can be manufactured. The element is, for example, PECD
PB can be used as
Then, it is reduced and oxidized under the irradiation of light to change from blue to colorless and from blue to green, respectively. At this time, for example, if CdS is used as the semiconductor and Nafion is used for the base material film, the semiconductor-containing base material acts as a bright yellow background material, and the contrast from dark green to yellow on the reducing side of PB. Shows good discoloration. On the other hand, on the oxidized side of PB, the change from dark green to yellow green is visible to the naked eye, and the contrast is not so good. Therefore, when using PB, it is desirable to set the reduction side as the display surface. It is also possible to deposit PB only on one surface of the substrate and use this as a reduction side display surface, and use a different substance (electron donor) on the oxidation side. For example, according to the above method, when polypyrrole (PPy) is laminated on the surface opposite to PB and CdS is used as a semiconductor contained in the substrate, PB is electron-donated by irradiating PB with light. Even better results can be obtained than when used as a body and an electron acceptor. Thus, semiconductors,
The device performance can be controlled by the combination of the electron donor and the electron acceptor.

逆電子移動を防ぐ別の方法として、不可逆的に酸化さ
れる電子供与体、(以下、犠牲的電子供与体を称し、DS
と略して表わす)用いることもある。このような場合に
は、光酸化及び還元生成物であるD+とA-たとえ接触して
も、D+は元に戻り得ないので逆電子移動は生起しない。
このような場合、D及びAは必ずしも基材表面に分離し
て固定化される必要はなく、基材膜中に含有されるだけ
でよい。このような犠牲的電子供与体としては、前記の
酒石酸などの有機酸、エチルアルコールなどのアルコー
ル類の他、アミン類、チオール化合物、テトラヒドロフ
ランなどを例示することができる。ただし、このような
場合、素子を繰り返し作動させるときには犠牲的電子供
与体の補給が必要である。
As another method for preventing reverse electron transfer, an electron donor that is irreversibly oxidized (hereinafter referred to as a sacrificial electron donor, D S
May be used. In such a case, even if the photooxidation and reduction products D + and A are brought into contact with each other, D + cannot return to the original state, so that the reverse electron transfer does not occur.
In such a case, D and A do not necessarily need to be separated and immobilized on the surface of the base material, and may be contained in the base material film. Examples of such sacrificial electron donors include organic acids such as tartaric acid, alcohols such as ethyl alcohol, amines, thiol compounds, and tetrahydrofuran. However, in such a case, replenishment of the sacrificial electron donor is required when the device is repeatedly operated.

更に、還元または酸化生成種であるA-またはD+がA及
び/またはDを基材中に含有せしめるために用いた水ま
たはその他の溶媒に不溶性となる場合、A-及び/または
D+が光照射下で基材中の半導体粒子に表面に析出するこ
とによりD+とA-の接触が防止される結果、D及びAがた
とえ基材中で分離固定されることなく、また不可逆試薬
でなくとも、逆電子移動が防がれることもある。この例
としてAがビオローゲン(とくに、アルキル基が疎水性
の高い誘導体)の場合や、Dがキノン系化合物の場合な
どを挙げることができる。尚、表示の消去に当っては、
半導体含有基材を支持電極間に挟み、D+→D及びA-→A
なる反応を起すように電圧極性を設定して、所定の電位
を印加すればよい。
Furthermore, if the reducing or oxidation product species A or D + becomes insoluble in the water or other solvent used to contain A and / or D in the substrate, A and / or
As D + is deposited on the surface of the semiconductor particles in the base material under light irradiation, contact between D + and A is prevented, so that D and A are not separated and fixed in the base material, and Even if it is not an irreversible reagent, reverse electron transfer may be prevented. Examples of this include the case where A is viologen (particularly, a derivative in which an alkyl group is highly hydrophobic) and the case where D is a quinone compound. In addition, when deleting the display,
Sandwiching the semiconductor-containing substrate between the support electrode, D + → D and A - → A
The voltage polarity may be set so as to cause the following reaction, and a predetermined potential may be applied.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の半導体含有素子の一利用例であるPECDは、光
駆動型ECDであるため、通常のECDにくらべ、表示の自由
度が格段増大した。PECDにおいては光照射部のみを変色
できるので、電極上の任意の場所に任意の図柄を表示す
ることが可能となった結果、通常のECDで必要とする基
盤電極が不要となり、従って、表示の自由度が大幅に改
善された。更に固体型のため取扱いが容易である。加え
て、表示の書き換えが可能なため、表示用光源としてレ
ーザーを用い、光照射部をミクロン乃至はサブミクロン
のオーダに絞り込めば書き換え可能な光記録素子として
も利用できる。
Since the PECD, which is one application example of the semiconductor-containing device of the present invention, is a light-driven ECD, the degree of freedom in display is significantly increased as compared with a normal ECD. In PECD, since only the light irradiation part can be changed in color, it is possible to display an arbitrary pattern at any place on the electrode.As a result, the base electrode required for normal ECD is not required, and therefore the display The degree of freedom has been greatly improved. Furthermore, since it is a solid type, it is easy to handle. In addition, since the display can be rewritten, it can be used as a rewritable optical recording element by using a laser as a display light source and narrowing down the light irradiation part to the order of microns or submicrons.

〔実施例 1〕 ナフィオン膜(デュポン社製ナフィオン117)を50mM
酢酸カドミウム水溶液に3時間浸漬後、水洗したのち硫
化水素飽和水に10時間浸漬した。この間透明なナフィオ
ン膜は黄色に着色し、膜内部に硫化カドミウム微粒子の
析出が肉眼で認められた。次に、該膜をアルゴン気流下
で10mM塩化第一鉄水溶液に2時間浸漬後、充分水洗した
のち再び、アルゴン気流下で10mMフェリシアン化カリウ
ム水溶液に1分間浸漬した。このとき黄色の硫化カドミ
ウム分散膜はプルシアンブルーの膜表面への析出により
黄緑色に変化した。このようにして得られた膜を2枚の
ガラス板間に挟み光照射した。光源としては300Wタング
ステンランプを用い、試料表面の光強度は約90mM/cm2
した。尚、光源と膜を挟んだガラス板の間に厚さ5cmの
水槽を設け、光照射による膜の温度上昇を防いだ。光照
射とともに膜は黄緑色から薄黄色へ徐々に変化し、約5
分後には膜のほぼ全面が薄黄色に変化した。2枚のガラ
ス板からはずし、この膜に+1.3Vの電圧を印加すること
により元の黄緑色に戻すことができ、このような色調変
化が繰り返し認められた。
[Example 1] A Nafion membrane (Nafion 117 manufactured by DuPont) was added to 50 mM.
It was immersed in an aqueous solution of cadmium acetate for 3 hours, washed with water and then immersed in saturated water of hydrogen sulfide for 10 hours. During this time, the transparent Nafion film was colored yellow, and the deposition of fine particles of cadmium sulfide was visually recognized inside the film. Next, the membrane was immersed in a 10 mM ferrous chloride aqueous solution for 2 hours under an argon stream, washed thoroughly with water, and then again immersed for 1 minute in a 10 mM potassium ferricyanide aqueous solution under an argon stream. At this time, the yellow cadmium sulfide dispersion film changed to yellow green due to the deposition of Prussian blue on the film surface. The film thus obtained was sandwiched between two glass plates and irradiated with light. A 300 W tungsten lamp was used as a light source, and the light intensity on the sample surface was set to about 90 mM / cm 2 . A water tank with a thickness of 5 cm was provided between the light source and the glass plate sandwiching the film to prevent the temperature of the film from rising due to light irradiation. The film gradually changes from yellowish green to light yellow with light irradiation,
After a minute, almost the entire surface of the film turned pale yellow. By removing from the two glass plates and applying a voltage of +1.3 V to this film, the original yellowish green color could be restored, and such a change in color tone was repeatedly observed.

〔実施例 2〕 実施例1と同様に作製した硫化カドミウムの微粒子を
含むナフィオン膜を、アルゴン気流下で50mM塩化第一鉄
水溶液に2時間浸漬した。次に該膜を充分水洗したの
ち、再びアルゴン気流下で50mMフェリシアン化カリウム
水溶液に1分間浸漬し、膜表面にプルシアンブルーを析
出させた。このとき膜は黄色から黄緑色に変化した。こ
のようにして得られた膜に犠牲的電子供与体を含有させ
るため、膜をメチルアルコールに10分間浸漬後、2枚の
ガラス板間に挟み光照射した。光源としては300Wタング
ステンランプを用い、膜表面の光強度は約75mW/cm2とし
た。尚、実施例1と同様、光源と膜の間に厚さ5cmの水
槽を置き、温度上昇を防いだ。光照射とともに膜は黄緑
色から黄色へと徐々に変化し、約1分後には膜のほぼ全
面が黄色に変化した。この膜を2枚のガラス板よりはず
し空気に触れさせることにより元の黄緑色に戻すことが
できた。このような色調変化が繰り返し認められた。
Example 2 A Nafion membrane containing fine particles of cadmium sulfide produced in the same manner as in Example 1 was immersed in a 50 mM ferrous chloride aqueous solution for 2 hours under an argon stream. Next, the membrane was thoroughly washed with water and then again immersed in an aqueous 50 mM potassium ferricyanide solution for 1 minute under an argon stream to deposit Prussian blue on the membrane surface. At this time, the film changed from yellow to yellow-green. In order to allow the film thus obtained to contain a sacrificial electron donor, the film was immersed in methyl alcohol for 10 minutes, then sandwiched between two glass plates and irradiated with light. A 300 W tungsten lamp was used as a light source, and the light intensity on the film surface was about 75 mW / cm 2 . As in Example 1, a water tank having a thickness of 5 cm was placed between the light source and the film to prevent the temperature from rising. The film gradually changed from yellow-green to yellow with light irradiation, and after about 1 minute, almost the entire surface of the film changed to yellow. The original yellow-green color could be restored by removing this film from the two glass plates and exposing it to air. Such changes in color tone were repeatedly observed.

〔実施例 3〕 実施例1と同様に作製したプルシアンブルー薄膜を積
層した硫化カドミウム分散膜に犠牲的電子供与体として
トリエタノールアミンを含有させるため、該膜をpH2.8
に調節したトリエタノールアミン/水(1/9;容積比)の
混合液に10分間浸漬後、2枚のガラス板の間に挟み光照
射した。光源としては、実施例2と同様、300Wタングス
テンランプを用い、光強度は約75mW/cm2とした。尚、光
源と膜の間に厚さ5cmの水槽を設け光照射による膜の温
度上昇を防いだ。
[Example 3] A cadmium sulfide-dispersed film, in which Prussian blue thin films prepared in the same manner as in Example 1 were laminated, contained triethanolamine as a sacrificial electron donor.
After immersing in a mixed solution of triethanolamine / water (1/9; volume ratio) adjusted to 10 minutes, it was sandwiched between two glass plates and irradiated with light. As the light source, a 300 W tungsten lamp was used as in Example 2, and the light intensity was set to about 75 mW / cm 2 . A 5 cm-thick water tank was provided between the light source and the film to prevent the temperature of the film from rising due to light irradiation.

光照射とともに膜は黄緑色から黄色へ徐々に変化し、
約3分後には膜のほぼ全面が黄色に変化した。この膜を
2枚のガラス板からはずし空気に触れさせることにより
元の黄緑色に戻すことができた。このような色調変化が
繰り返し認められた。
The film gradually changes from yellow-green to yellow with light irradiation,
After about 3 minutes, almost the entire surface of the film turned yellow. It was possible to restore the original yellow-green color by removing this film from the two glass plates and exposing it to air. Such changes in color tone were repeatedly observed.

〔実施例 4〕 実施例1と同様に作製したプルシアンブルー薄膜を積
層した硫化カドミウム分散膜に犠牲的電子供与体として
酒石酸を含有させるため、膜をpH2.1に調節した50mM酒
石酸水溶液に30分間浸漬後、2枚のガラス板間に挟み光
照射した。光源としては、実施例2と同様、300Wタング
ステンランプを用い、光強度は約75mW/cm2とした。尚、
光源と膜の間に厚さ5cmの水槽を設け光照射による膜の
温度上昇を防いだ。光照射約3分後には膜のほぼ全面が
黄緑色から黄色へ変化した。この膜を2枚のガラス板か
らはずし空気に触れさせることにより元の黄緑色に戻す
ことができ、このような色調変化が繰り返し認められ
た。
[Example 4] In order to allow tartaric acid to be contained as a sacrificial electron donor in the cadmium sulfide dispersion film in which the Prussian blue thin film prepared in the same manner as in Example 1 was added, the film was adjusted to pH 2.1 with a 50 mM tartaric acid aqueous solution for 30 minutes. After the immersion, it was sandwiched between two glass plates and irradiated with light. As the light source, a 300 W tungsten lamp was used as in Example 2, and the light intensity was set to about 75 mW / cm 2 . still,
A 5 cm thick water tank was installed between the light source and the film to prevent the temperature rise of the film due to light irradiation. After about 3 minutes of light irradiation, almost the entire surface of the film changed from yellow green to yellow. It was possible to restore the original yellow-green color by removing this film from the two glass plates and exposing it to air, and such a change in color tone was repeatedly observed.

〔実施例 5〕 ポリアクリロニトリル(アルドリッチ社製、数平均分
子量33,000)をジメチルホルムアミドに50℃で溶解し、
ポリマー濃度13wt%の均一なキャスト溶液を調製した。
この溶液をガラス板上に流延し直ちに10℃の水中に浸漬
凝固させ、厚さ150μmの多孔質膜を得た。次に、核膜
を2室型セパレートセルの中央に挟み、セルの片側に15
mM酢酸カドミウム水溶液約10mlを入れ、もう一方にはイ
オン交換蒸留水を同量入れ硫酸水素をバブリングした。
約30分後に多孔質膜は黄色に着色し、膜中に硫化カドミ
ウム微粒子の析出が肉眼で認められた。次に、該膜の硫
化カドミウム析出部分(面積2.2cm2)に、可溶性ナフィ
オン(商標:デュポン社製、5wt%水−アルコール溶
液)30μlを塗布し、40℃で1時間加熱し乾燥した。こ
のようにして得られた硫化カドミウム分散孔質膜をアル
ゴン気流下で10mM塩化第一鉄水溶液に2時間浸漬後充分
水洗したのち、再びアルゴン気流下で、10mMフェリシア
ン化カリウム水溶液に1分間浸漬した。プルシアンブル
ーの析出にともない膜は黄色から黄緑色に変化した。得
られた膜をメチルアルコールに10分間浸漬後、2枚のガ
ラス板の間に挟み実施例2と同様にして光照射した。光
照射とともに膜は黄緑色から黄色へと徐々に変化し、約
10分後には膜のほぼ全面が黄色に変化した。この膜を2
枚のガラス板からはずし空気に触れさせることにより元
の黄緑色に戻すことができた。このような色調変化が繰
り返し認められた。
[Example 5] Polyacrylonitrile (manufactured by Aldrich, number average molecular weight 33,000) was dissolved in dimethylformamide at 50 ° C,
A uniform casting solution having a polymer concentration of 13 wt% was prepared.
This solution was cast on a glass plate and immediately immersed in water at 10 ° C. for solidification to obtain a porous film having a thickness of 150 μm. Next, sandwich the nuclear membrane in the center of the two-chamber separate cell, and place it on one side of the cell.
About 10 ml of mM cadmium acetate aqueous solution was added, the same amount of ion-exchanged distilled water was added to the other, and hydrogen sulfate was bubbled.
After about 30 minutes, the porous film was colored yellow, and the deposition of fine particles of cadmium sulfide was visually recognized in the film. Next, 30 μl of soluble Nafion (trademark: 5 wt% water-alcohol solution) was applied to the cadmium sulfide precipitation portion (area 2.2 cm 2 ) of the film, and heated and dried at 40 ° C. for 1 hour. The cadmium sulfide-dispersed porous membrane thus obtained was immersed in an aqueous solution of 10 mM ferrous chloride for 2 hours under an argon stream, washed thoroughly with water, and then again immersed in an aqueous solution of 10 mM potassium ferricyanide for 1 minute under an argon stream. The film changed from yellow to yellow-green with the precipitation of Prussian blue. The obtained film was immersed in methyl alcohol for 10 minutes, then sandwiched between two glass plates and irradiated with light in the same manner as in Example 2. The film gradually changes from yellow-green to yellow with light irradiation.
After 10 minutes, almost the entire surface of the film turned yellow. This film is 2
It was possible to restore the original yellow-green color by removing it from one glass plate and exposing it to air. Such changes in color tone were repeatedly observed.

〔実施例 6〕 実施例1で作製したプルシアンブルーを積層化した硫
化カドミウム分散膜に、可逆性電子供与体を含有させる
ため、50mMハイドロキノン水溶液(pH6.3)にアルゴン
気流下で30分間浸漬した。浸漬後、該膜を2枚のガラス
板間に挟み実施例2と同様にして光照射した。光照射と
ともに膜は黄緑色から薄黄色へと徐々に変化し、約5分
後には膜のほぼ全面が薄黄色に変化した。この膜に+1.
3Vの電圧を印加することにより元の黄緑色に戻すことが
でき、このような色調変化が繰り返し認められた。
[Example 6] The Prussian blue-laminated cadmium sulfide dispersion film prepared in Example 1 was immersed in a 50 mM aqueous hydroquinone solution (pH 6.3) for 30 minutes under an argon stream to contain a reversible electron donor. . After the immersion, the film was sandwiched between two glass plates and irradiated with light in the same manner as in Example 2. The film gradually changed from yellow green to light yellow with light irradiation, and after about 5 minutes, almost the entire surface of the film changed to light yellow. +1 for this film.
By applying a voltage of 3V, it was possible to return to the original yellowish green color, and such a color tone change was repeatedly observed.

〔実施例 7〕 実施例1と同様に硫化カドミウム含有ナフィオン膜を
作製した。該膜を2室型セパレートセルの間に挟み、片
方のセル室には精製したピロール水溶液(0.3M程度)を
入れ、次いでアルゴン置換した。もう一方のセル室には
0.1M過硫酸カリウム水溶液を入れてアルゴン気流下でお
よそ4分間放置した。基材ナフィオン膜はアニオン性解
離基(−SO3 -)を有するため、ピロールの重合開始剤と
して用いた過硫酸イオン(S2O8 2-)は基材膜内に侵入し
にくい。一方、ピロールは電気的に中性の低分子量化合
物であるので該基材膜内を比較的容易に拡散する。この
結果、ピロール重合体(ポリピロール)は基材膜の片側
の表面(過硫酸カリウム溶液側)にのみ析出した。ここ
で得られた膜を充分水洗後、再び2室型セパレートセル
の間に挟み、ポリピロール析出面(黒色)とは反対側の
セル室に10mM塩化第1鉄水溶液を入れ、ポリピロール側
のセル室には圧力バランスをとるため同量の蒸留水を入
れ、両溶液をアルゴンで置換した。こうしておよそ60分
間浸漬したのち、塩化第1水溶液を取り出し、そこに10
mMフェリシアン化カリウム水溶液を入れ、およそ1分間
反応させた。このようにして、硫化カドミウム含有膜の
片側の表面にはポリピロール、その反対面にはプルシア
ンブルーが積層した膜を作製することができた。該膜を
0.1M過塩素酸カリウム水溶液に数分間浸漬後、2枚の透
明ガラス電極(インジウム−スズ酸化物被覆ガラス板;
表面抵抗10Ω/□)間に圧着し、この2端子間の電位差
がゼロになるように外部回路に接続したポテンショスタ
ットにて調節した。このような設置された上記膜のポリ
ピロール側表面に500Wキセノンランプで照射すると約40
秒後にはプルシアンブルー表面の色が緑色から黄色に変
化した。尚、光照射の際、光源と試料との間には紫外線
及び赤外線カットフィルター(東芝IRA−25S及びY−4
3)並びに水層(厚さ5cm)を設け、試料表面の光強度を
100mW/cm2になるように調節した。このときの膜表面の
反射スペクトル変化を経時的に追跡し、650nmの反射率
の経時変化をプロットしたものが第2図である。光照射
後、該膜に暗時でおよそ1.0V程度の電圧を印加するとプ
ルシアンブルー表面の色は黄色から元の緑色に戻った。
このような、光照射と電圧印加を交互にくり返すことに
よって、光記録及び消去を可逆的に行なうことが可能で
あった。
Example 7 A cadmium sulfide-containing Nafion film was prepared in the same manner as in Example 1. The membrane was sandwiched between two-chamber separate cells, and a purified pyrrole aqueous solution (about 0.3 M) was placed in one of the cell chambers, and then the atmosphere was replaced with argon. In the other cell room
A 0.1 M potassium persulfate aqueous solution was added and the mixture was allowed to stand for about 4 minutes under an argon stream. The substrate Nafion membrane anionic dissociative group (-SO 3 -) for having, persulfate ion (S 2 O 8 2-) was used as the polymerization initiator pyrrole hardly penetrates into the substrate film. On the other hand, since pyrrole is an electrically neutral low molecular weight compound, it diffuses in the substrate film relatively easily. As a result, the pyrrole polymer (polypyrrole) was deposited only on the surface (potassium persulfate solution side) on one side of the substrate film. After thoroughly washing the membrane obtained here with water, it was again sandwiched between two-chamber separate cells, and a 10 mM ferrous chloride aqueous solution was added to the cell chamber on the side opposite to the polypyrrole deposition surface (black), and the cell chamber on the polypyrrole side was placed. In order to balance the pressure, the same amount of distilled water was added, and both solutions were replaced with argon. After soaking for about 60 minutes in this way, the first chloride aqueous solution was taken out and placed there.
A mM potassium ferricyanide aqueous solution was added and the reaction was performed for about 1 minute. In this way, a film in which polypyrrole was laminated on one surface of the cadmium sulfide-containing film and Prussian blue was laminated on the opposite surface thereof could be produced. The membrane
After soaking in 0.1 M potassium perchlorate aqueous solution for several minutes, two transparent glass electrodes (indium-tin oxide coated glass plate;
It was crimped between surface resistance 10Ω / □) and adjusted with a potentiostat connected to an external circuit so that the potential difference between these two terminals would be zero. Irradiation with a 500W xenon lamp on the polypyrrole side surface of the above film installed in this way gives about 40
After a second, the color of the Prussian blue surface changed from green to yellow. During light irradiation, an ultraviolet and infrared cut filter (TOSHIBA IRA-25S and Y-4) is placed between the light source and the sample.
3) and a water layer (thickness 5 cm) are provided to control the light intensity on the sample surface.
It was adjusted to be 100 mW / cm 2 . The change in the reflection spectrum of the film surface at this time is traced with time, and the change over time in the reflectance at 650 nm is plotted in FIG. After light irradiation, when a voltage of about 1.0 V was applied to the film in the dark, the color of the Prussian blue surface returned from yellow to the original green.
By repeating such light irradiation and voltage application alternately, it was possible to reversibly perform optical recording and erasing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の半導体含有素子を利用したPECDにお
ける各構成成分のレドックスポテンシャルの相対関係を
示す図で、光表示・記録の動作原理を示したものであ
る。Aは電子受容体、Dは電子供与体、Sは半導体を表
わし、(1)はDの酸化還元電位、(2)はSの価電子
帯、(3)はSの伝導帯及び(4)はAの酸化還元電位
の夫々のエネルギー準位を表わしている。 第2図は、PB及びポリピロールをそれぞれ異なる面に積
層した硫化カドミウム含有ナフィオン膜に光照射したと
きの650nmの反射率の経時変化を示したものである。
FIG. 1 is a diagram showing a relative relationship of redox potentials of respective constituent components in PECD using the semiconductor-containing element of the present invention, and showing an operation principle of optical display / recording. A is an electron acceptor, D is an electron donor, S is a semiconductor, (1) is the redox potential of D, (2) is the valence band of S, (3) is the conduction band of S, and (4) Represent the respective energy levels of the redox potential of A. FIG. 2 shows the change with time of the reflectance at 650 nm when PB and polypyrrole are laminated on different surfaces to irradiate the cadmium sulfide-containing Nafion film with light.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】薄膜状基材からなる半導体含有素子であっ
て、 (1)薄膜状基材中に光照射によって電子と正孔を生成
する半導体を含む、かつ薄膜状基材中もしくは表面に電
子供与体及び電子受容体を含むものであり、 (2)該電子供与体及び電子受容体の少なくとも一方が
それぞれ酸化又は還元によって変色するものであり、か
つ該電子供与体及び電子受容体の少なくとも一方が高分
子金属錯体であり、 (3)該電子供与体及び電子受容体が、 (i)両者ともに高分子金属錯体である場合には、上記
基材のそれぞれ相対する反対の表面に固定化されている
か、 (ii)両者のうち電子供与体が高分子金属錯体でない場
合には、該電子供与体が不可逆的に酸化されるものであ
るか、 あるいは (iii)一方が高分子金属錯体でない場合には、高分子
金属錯体でない電子供与体又は電子受容体の還元又は酸
化生成種が基材中の溶媒に不溶性である、 ことを特徴とする半導体含有素子。
1. A semiconductor-containing element comprising a thin film base material, comprising: (1) a thin film base material containing a semiconductor that generates electrons and holes upon irradiation with light, and in or on the surface of the thin film base material. (2) at least one of the electron donor and the electron acceptor is discolored by oxidation or reduction, and at least the electron donor and the electron acceptor are included. When one is a polymer metal complex and (3) the electron donor and the electron acceptor are (i) both polymer metal complexes, they are immobilized on the opposite surfaces of the substrate. (Ii) If the electron donor of both is not a polymer metal complex, the electron donor is irreversibly oxidized, or (iii) one is not a polymer metal complex. In case of high Reduction or oxidation product species electron donor or electron acceptor is not a metal complex is insoluble in the solvent in the substrate, semiconductor-containing device characterized by.
【請求項2】高分子金属錯体が、一般式MA X(LA a
表わされる錯陽イオンと一般式MB Y(LB b(LC c
で表わされる錯陰イオンとから形成される多核金属錯体
である特許請求の範囲第(1)項記載の半導体含有素子
(ただし、MA X及びMB YはそれぞれX価及びY価の原子価
状態の遷移金属イオンを表わし、LA aは中性又はa価の
陽電荷を有する配位子で、LB bはb価の陰電荷を有する
配位子であり、LC cは中性又はc価の陰電荷を有する配
位子を表わす。ここで、X及びYは正の整数を表わす。
aは0を含む正の整数で、bは負の整数であって、cは
0を含む負の整数である。また、1は0を含む正の整数
で、mは正の整数であって、nは0を含む正の整数を表
わす)。
2. The polymer metal complex comprises a complex cation represented by the general formula M A X (L A a ) 1 and a general formula M B Y (L B b ) m (L C c ) n.
A semiconductor-containing device according to claim 1, which is a polynuclear metal complex formed with a complex anion represented by (wherein M A X and M B Y are X and Y valences, respectively). Represents a transition metal ion in a state, L A a is a ligand having a neutral or a-valent positive charge, L B b is a ligand having a b-valent negative charge, and L C c is a neutral Or a ligand having a negative c-charge, where X and Y represent positive integers.
a is a positive integer including 0, b is a negative integer, and c is a negative integer including 0. Further, 1 is a positive integer including 0, m is a positive integer, and n is a positive integer including 0).
【請求項3】錯陰イオンがMB Y(CN-(LC cであ
る特許請求の範囲第(2)項記載の半導体含有素子(た
だしMB Y及びLC cは前記と同様の意味を表わす)。
3. A complex anion is M B Y (CN -) 5 (L C c) the range of n is as claimed No. (2) semiconductor-containing device according to claim (wherein M B Y and L C c is the Represents the same meaning as).
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