JP5546737B2 - Manufacturing method of semiconductor substrate - Google Patents

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Description

本発明は、パターン状の薄膜半導体層を有する半導体基材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a semiconductor substrate having a patterned thin film semiconductor layer.

従来、基材上に導電性の配線を施した回路基材を製造するためには、金属箔を貼り合せた基材上にフォトレジスト等を塗布し、所望の回路パターン露光し、ケミカルエッチングによりパターンを形成する方法が用いられてきた。この方法では、導電性の配線として金属箔を用いることができるため、体積抵抗率が小さく、高性能の導電性基材を製造することができるが、該方法は工程数が多く、煩雑であるとともに、フォトレジスト材料を要するなどの欠点がある。   Conventionally, in order to manufacture a circuit substrate having conductive wiring on a substrate, a photoresist or the like is applied on the substrate bonded with a metal foil, a desired circuit pattern is exposed, and chemical etching is performed. A method of forming a pattern has been used. In this method, since a metal foil can be used as the conductive wiring, a volume resistivity is small and a high-performance conductive substrate can be manufactured. However, this method has many steps and is complicated. In addition, there is a disadvantage that a photoresist material is required.

これに対し、金属微粒子を分散させた塗料でパターンを直接基材に印刷する方法が注目されている。このような基材に直接パターンを印刷する方法は、フォトレジスト等を用いる必要がなく、きわめて生産性の高い方法である。
このような観点から、塗布形成可能な半導体として有機半導体が注目されているが、移動度が小さく、大気中で不安定なため、実用化には至っていない。
前述の金属微粒子を分散させた塗料でパターンを直接基材に印刷する方法として、銅のような金属のナノ粒子をパターン状に塗膜形成した後、還元焼成して金属パターンを得て、微細配線パターンに形成することが提案されている(特許文献1)。
特許文献1で提案される微細な銅系配線パターンを形成する方法は、具体的には、酸化銅ナノ粒子の分散液を利用して超微細なパターンを描画後、パターン中の酸化銅ナノ粒子に還元処理を施し、生成する銅ナノ粒子を焼成して、デジタル高密度配線に対応した低インピーダンスでかつ極めて微細な焼結体銅系配線パターンを形成する方法である。しかし、特許文献1には、半導体金属、半導体化合物金属のナノ粒子についての開示はない。
On the other hand, a method of directly printing a pattern on a base material with a paint in which metal fine particles are dispersed has attracted attention. Such a method for printing a pattern directly on a substrate does not require the use of a photoresist or the like, and is a highly productive method.
From such a point of view, an organic semiconductor has attracted attention as a semiconductor that can be formed by coating, but has not been put into practical use because it has low mobility and is unstable in the atmosphere.
As a method of printing a pattern directly on a base material with a paint in which metal fine particles are dispersed, a metal pattern such as copper is formed in a pattern and then reduced and fired to obtain a metal pattern. It has been proposed to form a wiring pattern (Patent Document 1).
Specifically, the method for forming a fine copper-based wiring pattern proposed in Patent Document 1 is to draw an ultrafine pattern using a dispersion of copper oxide nanoparticles, and then make the copper oxide nanoparticles in the pattern. This is a method of forming a sintered copper-based wiring pattern having a low impedance and extremely fine corresponding to a digital high-density wiring by subjecting to a reduction treatment and firing the produced copper nanoparticles. However, Patent Document 1 does not disclose semiconductor nanoparticles and semiconductor compound metal nanoparticles.

一方、非特許文献1には、無機半導体の溶液ベースでのプロセスとして、液相プロセスを用いて、鉛セレン(PbSe)半導体のナノ結晶からなる導電チャンネルもつ電界効果型トランジスターが提示されている。ナノ結晶は絶縁性であり、この材料をパターン状に塗膜形成した後、ヒドラジンにより還元した例が提示されている。
しかし、ヒドラジンは爆発性があって危険であり、また、PbSeは有毒であるため、実用化するには問題がある。
On the other hand, Non-Patent Document 1 presents a field effect transistor having a conductive channel made of a lead selenium (PbSe) semiconductor nanocrystal using a liquid phase process as a solution-based process of an inorganic semiconductor. . Nanocrystals are insulative, and an example in which this material is formed into a pattern and then reduced with hydrazine is presented.
However, since hydrazine is explosive and dangerous, and PbSe is toxic, there is a problem in putting it to practical use.

また、特許文献2には、基材上にナノ粒子膜を形成させ、熱処理するステップを含む、ナノ粒子を用いた薄膜半導体の製造方法が提案されている。ナノ粒子膜を形成させるステップは、ナノ粒子を溶媒に分散させ、ナノ粒子溶液を用意する工程と、ナノ粒子溶液に沈殿剤を混合させる工程と、沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を基材上に蒸着する工程と、を含むものである。
また、ナノ粒子としては、HgTe、HgSe、HgS、CdTe、CdSe、CdS、ZnTe、ZnSe、ZnS、PbTe、PbSe、PbS、およびZnOが挙げられている。
そして、沈殿剤が含まれたナノ粒子溶液を、基材上に蒸着する方法は、スピンコート法、ディップコート法、スタンプ法、スプレー法、Langmuir−Blodgett法、およびプリント法のいずれか一つを用いることをできることが開示されている。さらに、ナノ粒子膜の熱処理は、100℃〜185℃で10〜200分間行い、半導体層を得る例が開示されている。
しかし、特許文献2に記載の方法は、還元処理をしていないため、半導体特性が低く、さらに加熱時間が10〜200分と比較的長いため、生産性が低く、実用的な方法ではない。
すなわち、ナノ粒子の表面は酸化され易いので、ナノ粒子表面の酸化膜を還元処理により除去した上で、ナノ粒子同士を焼結しないと、良好な半導体特性を発現させることはできない。
Patent Document 2 proposes a method of manufacturing a thin film semiconductor using nanoparticles, including a step of forming a nanoparticle film on a substrate and performing a heat treatment. The step of forming a nanoparticle film includes a step of dispersing nanoparticles in a solvent and preparing a nanoparticle solution, a step of mixing a precipitant with the nanoparticle solution, and a nanoparticle solution containing the precipitant. And a step of vapor-depositing on the substrate.
Examples of the nanoparticles include HgTe, HgSe, HgS, CdTe, CdSe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnS, PbTe, PbSe, PbS, and ZnO.
The nanoparticle solution containing the precipitant is deposited on the substrate by any one of spin coating, dip coating, stamping, spraying, Langmuir-Blodgett, and printing. It is disclosed that it can be used. Furthermore, the example which heat-processes a nanoparticle film | membrane at 100 to 185 degreeC for 10 to 200 minutes and obtains a semiconductor layer is disclosed.
However, the method described in Patent Document 2 is not a practical method because it has low semiconductor characteristics because it is not subjected to reduction treatment, and has a relatively long heating time of 10 to 200 minutes.
That is, since the surfaces of the nanoparticles are easily oxidized, good semiconductor characteristics cannot be expressed unless the nanoparticles are sintered together after removing the oxide film on the surface of the nanoparticles by reduction treatment.

また、特許文献3には、薄膜形成方法として、ナノ粒子を基材に付与し、基材上に付与されたナノ粒子を大気圧プラズマ処理することにより、薄膜を形成する薄膜形成方法が提案されている。大気圧または大気圧近傍の圧力下で、対向する電極間にガスを供給し、電極間に高周波電界を発生させることによってガスを励起ガスとし、励起ガスに基材上に付与された、ナノ粒子を晒す、大気圧プラズマ処理を用いる薄膜形成方法である。そして、ナノ粒子が、金属原子含有化合物であり、金属原子含有化合物の金属原子が、In、Ga、Al、Sn、Ge、Sb、Bi及びZnからなる群から選ばれる少なくとも1つである薄膜形成方法が開示されている。   Patent Document 3 proposes a thin film forming method for forming a thin film by applying nanoparticles to a substrate and subjecting the nanoparticles applied on the substrate to atmospheric pressure plasma processing as a thin film forming method. ing. Nanoparticles applied to the excitation gas on the substrate by supplying a gas between the opposing electrodes under an atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure and generating a high-frequency electric field between the electrodes to make the gas an excitation gas Is a thin film formation method using atmospheric pressure plasma treatment. The nanoparticle is a metal atom-containing compound, and the metal atom of the metal atom-containing compound is at least one selected from the group consisting of In, Ga, Al, Sn, Ge, Sb, Bi, and Zn. A method is disclosed.

しかしながら、特許文献3に記載の具体的な薄膜の形成方法は、基材にスプレー塗布、スピンコート塗布により薄膜を付与し、大気圧プラズマ法により薄膜を形成するものであり、パターン印刷についての記載はなく、また、ナノ粒子も、Sn/In複合ナノ粒子に関する実施例で、得られる薄膜もSn/Inの透明導電膜が記載されているのみである。   However, the specific thin film forming method described in Patent Document 3 is a method in which a thin film is applied to a substrate by spray coating or spin coating, and the thin film is formed by an atmospheric pressure plasma method. Description of pattern printing In addition, the nanoparticles are examples relating to Sn / In composite nanoparticles, and the obtained thin film only describes a Sn / In transparent conductive film.

特開2004−119686号公報JP 2004-119686 A 特開2007−273949号公報JP 2007-273949 A 特開2007−182605号公報JP 2007-182605 A Science,310,p86Science, 310, p86

本発明は、このような状況下、半導体特性に優れるゲルマニウム(Ge)ナノ粒子(以下、単に「Geナノ粒子」という場合がある。)を用いて、実用上十分な移動度を有する薄膜半導体を高い生産性で製造する方法を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention provides a thin film semiconductor having practically sufficient mobility using germanium (Ge) nanoparticles having excellent semiconductor characteristics (hereinafter sometimes simply referred to as “Ge nanoparticles”). It aims at providing the method of manufacturing with high productivity.

本発明者らは、フォトレジストなど複雑な工程を経ることなく、Geナノ粒子を基材に直接パターン印刷して、薄膜半導体とする方法を鋭意研究した結果、基材上に、Geナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成することで上記課題を解決し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
(1)基材上に、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成する半導体基材の製造方法であって、該焼成が、還元性雰囲気下で600℃以上の加熱を施すことによるものであり、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子が、界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体を、該界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体に加えることによって、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものであり、該界面活性剤が非イオン界面活性剤である半導体基材の製造方法、
(2)基材上に、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成する半導体基材の製造方法であって、該焼成に、水素プラズマ法を用い、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子が、界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体を、該界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体に加えることによって、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものであり、該界面活性剤が非イオン界面活性剤である、ことを特徴とする半導体基材の製造方法、
(3)前記Geナノ粒子の粒径が1〜100nmである、前記(1)又は(2)に記載の半導体基材の製造方法、
(4)前記Geナノ粒子が、少なくとも表面が酸化されている、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の半導体基材の製造方法、
(5)前記基材が、Siウェハ、石英ガラス、及びセラミック基材から選択されてなる、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の半導体基材の製造方法、及び
(6)前記基材が、融点が200℃以上のプラスチックフィルムからなる、前記(2)〜(4)のいずれかに記載の半導体基材の製造方法
提供するものである。
The inventors of the present invention have intensively studied a method of directly pattern-printing Ge nanoparticles on a base material without using a complicated process such as a photoresist to form a thin film semiconductor. As a result, Ge nanoparticles are formed on the base material. The present inventors have found that the above-described problem can be solved by printing a coating liquid containing the coating liquid in a pattern to form a printed layer and then firing the printed layer to form a patterned semiconductor layer. The present invention has been completed based on such findings.
That is, the present invention
(1) A semiconductor substrate on which a coating layer containing germanium (Ge) nanoparticles is printed in a pattern on a substrate to form a printed layer, and then the printed layer is baked to form a patterned semiconductor layer a method of manufacturing, calcination is state, and are due to performing heat of 600 ° C. or higher in a reducing atmosphere, the germanium (Ge) nanoparticles, the dispersion medium in the presence of a surfactant (a ) In which the germanium (Ge) nanoparticle dispersion dispersed with an average particle size of 100 nm or less is not compatible with the surfactant at an arbitrary ratio, and the dispersion medium (A) is at a certain ratio. By adding the compatible liquid (B) to the germanium (Ge) nanoparticle dispersion, the germanium (Ge) nanoparticle is precipitated, and the germanium (Ge) nanoparticle having a process of removing the supernatant dispersion medium (A) is removed. Dispersion medium for particle dispersion Are those obtained through the triggering method method, a manufacturing method of the surfactant is a nonionic surfactant der Ru semiconductor substrate,
(2) A semiconductor substrate on which a coating layer containing germanium (Ge) nanoparticles is printed in a pattern on a substrate to form a printed layer, and then the printed layer is baked to form a patterned semiconductor layer A hydrogen plasma method is used for the firing , and the germanium (Ge) nanoparticles are dispersed in a dispersion medium (A) in the presence of a surfactant with an average particle size of 100 nm or less. The germanium (Ge) nanoparticle dispersion is not compatible with the surfactant in an arbitrary ratio, and the liquid (B) compatible with the dispersion medium (A) in a certain ratio is germanium (Ge). By adding to the nanoparticle dispersion, the germanium (Ge) nanoparticles were precipitated and obtained through a dispersion medium replacement method of the germanium (Ge) nanoparticle dispersion having a process of removing the supernatant dispersion medium (A) The interface Sex agent Ru nonionic surfactants der, a method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that,
(3) The method for producing a semiconductor substrate according to (1) or (2), wherein the Ge nanoparticles have a particle size of 1 to 100 nm,
(4) The method for producing a semiconductor substrate according to any one of (1) to (3) , wherein at least the surface of the Ge nanoparticles is oxidized,
(5) said substrate, Si wafer, comprising selected from quartz glass, and ceramic substrates, wherein (1) to a method of manufacturing a semiconductor substrate according to any one of (4) and,
(6) The method for producing a semiconductor substrate according to any one of (2) to (4) , wherein the substrate is made of a plastic film having a melting point of 200 ° C. or higher .
Is to provide.

本発明によれば、基材上に、Geナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成するので、従来のアモルファスシリコン等による半導体薄膜の作製のごとく、一旦基材全体に薄膜を形成しフォトレジストにより所定パターンの薄膜半導体層を形成する場合と比較して、材料費、工程数、処理費用等を大幅に削減でき、実用上十分な半導体特性を有する半導体基材を高い生産性及び低コストで製造することができる。   According to the present invention, on the base material, a coating liquid containing Ge nanoparticles is printed in a pattern to form a printed layer, and then the printed layer is baked to form a patterned semiconductor layer. Compared to the case where a thin film is once formed on the entire substrate and a thin film semiconductor layer with a predetermined pattern is formed using a photoresist, as in the case of manufacturing a semiconductor thin film using amorphous silicon or the like, material costs, number of processes, processing costs, etc. are greatly increased. Thus, a semiconductor substrate having practically sufficient semiconductor characteristics can be manufactured with high productivity and low cost.

本発明の半導体基材の製造方法は、基材上に、Geナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成する半導体基材の製造方法であって、該焼成が、還元性雰囲気下で600℃以上の加熱を施すこと、又は水素ラジカルを発生するプロセスを用いることを特徴とするものである。   In the method for producing a semiconductor substrate of the present invention, on the substrate, a coating liquid containing Ge nanoparticles is printed in a pattern to form a printed layer, and then the printed layer is baked to form a patterned semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor substrate to be formed, characterized in that the baking is performed by heating at 600 ° C. or higher in a reducing atmosphere or using a process of generating hydrogen radicals.

本発明において用いる基材としては、半導体基材に用いられるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、Siウェハ、石英ガラス等のガラス、セラミック基板などの無機材料や、フィルム、シート、又は板状の各種プラスチックを用いることができるが、薄膜化の観点からフィルム形態が好適である。   The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it is used for a semiconductor substrate. For example, Si wafer, glass such as quartz glass, inorganic material such as ceramic substrate, film, sheet, Alternatively, various plate-like plastics can be used, but a film form is preferable from the viewpoint of thinning.

フィルム基材として用い得るプラスチックとしては、還元処理の耐熱性を考慮して、融点が200℃以上のものを挙げることができ、例えば、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、及び液晶性高分子等を挙げることができる。
また基材の表面には、易接着成分を成膜してもよい。あるいは、コロナ処理、乾式UV照射処理、プラズマ処理等による易接着処理がされていてもよい。
Examples of the plastic that can be used as the film substrate include those having a melting point of 200 ° C. or higher in consideration of the heat resistance of the reduction treatment. For example, polyimide, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), Examples thereof include polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyether sulfone, and liquid crystal polymer.
Moreover, you may form an easily bonding component film on the surface of a base material. Alternatively, easy adhesion treatment by corona treatment, dry UV irradiation treatment, plasma treatment or the like may be performed.

本発明の製造方法で用いるGeナノ粒子は、平均粒子径1〜100nmのものを用いることが、塗布液への分散性、還元処理、焼成のしやすさ、パターン形成時の細線再現性などの観点から好ましい。
Geナノ粒子の平均粒子径が1nm未満であると合成が困難な場合があり、平均粒子径が100nmを超えると塗布液の分散安定性に劣り、融点が高くなり過ぎて焼結が困難となり、パターン形成時の細線再現性に劣る場合がある。
以上の観点から、Geナノ粒子の平均粒子径は1〜50nmの範囲がより好ましく、さらに2〜30nmの範囲が特に好ましい。
また、塗布液の分散安定性を高めるために、Geナノ粒子の表面処理を行ったり、高分子、イオン性化合物、界面活性剤等からなる分散剤を添加してもよい。
The Ge nanoparticles used in the production method of the present invention are those having an average particle diameter of 1 to 100 nm, such as dispersibility in coating liquid, reduction treatment, easiness of firing, and fine line reproducibility during pattern formation. It is preferable from the viewpoint.
If the average particle size of the Ge nanoparticles is less than 1 nm, synthesis may be difficult. If the average particle size exceeds 100 nm, the dispersion stability of the coating solution is poor, the melting point becomes too high, and sintering becomes difficult. The fine line reproducibility during pattern formation may be inferior.
From the above viewpoint, the average particle diameter of the Ge nanoparticles is more preferably in the range of 1 to 50 nm, and further preferably in the range of 2 to 30 nm.
Further, in order to enhance the dispersion stability of the coating solution, the surface treatment of Ge nanoparticles may be performed, or a dispersant composed of a polymer, an ionic compound, a surfactant or the like may be added.

Geナノ粒子を含む塗布液を構成し、上記Geナノ粒子を分散させる分散媒としては、水及び/又は有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどのアルコール類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのエステル類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)などのエーテル類、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン等の一部ハロゲン置換した炭化水素などが挙げられる。   Water and / or an organic solvent can be used as a dispersion medium for forming a coating solution containing Ge nanoparticles and dispersing the Ge nanoparticles. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, glycerin and other alcohols; toluene, xylene and other aromatic hydrocarbons; acetone, methyl ethyl ketone , Ketones such as methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, isophorone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate; tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (Ethyl cellosolve), ethers such as ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), hexane, etc. Aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, chloroform, dichloroethane, and some halogen-substituted hydrocarbon dichlorobenzene, and the like.

また、塗布液には、基材への密着性を高めること、造膜性を高めること、印刷適性を付与すること、及び分散性を高めることを目的として、例えばポリエステル樹脂、アクリル樹脂、あるいはウレタン樹脂等を樹脂バインダーとして添加される。
さらに、高温で焼成した後の基材との密着性あるいは造膜性を維持するために、エチルシリケート及びシリケートオリゴマー等の無機バインダーを使用してもよい。また、必要に応じて、粘度調整剤、表面張力調整剤、あるいは安定剤等を添加してもよい。
In addition, in the coating liquid, for example, polyester resin, acrylic resin, or urethane is used for the purpose of enhancing adhesion to a substrate, enhancing film forming property, imparting printability, and enhancing dispersibility. Resin or the like is added as a resin binder.
Furthermore, an inorganic binder such as ethyl silicate and a silicate oligomer may be used in order to maintain adhesion or film-forming property with the base material after firing at a high temperature. Moreover, you may add a viscosity modifier, a surface tension modifier, a stabilizer, etc. as needed.

本発明のGeナノ粒子を含む塗布液は、固形分濃度が5〜60質量%の範囲が好ましい。固形分濃度が5質量%未満では十分な膜厚が得られない場合があり、60質量%を超えると、分散性に劣り、基材へのGeナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷することが困難となる場合がある。以上の観点から、金属微粒子分散液中の固形分濃度は10〜50質量%の範囲がより好ましい。   The coating solution containing the Ge nanoparticles of the present invention preferably has a solid content concentration of 5 to 60% by mass. If the solid content concentration is less than 5% by mass, a sufficient film thickness may not be obtained. If the solid content concentration exceeds 60% by mass, the dispersibility is inferior, and the coating liquid containing Ge nanoparticles on the substrate is printed in a pattern. May be difficult. From the above viewpoint, the solid content concentration in the metal fine particle dispersion is more preferably in the range of 10 to 50% by mass.

基材上にGeナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷する方法としては特に制限されず、グラビア印刷、スクリーン印刷、スプレーコート、スピンコート、コンマコート、バーコート、ナイフコート、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、ディスペンサ印刷などの方法を用いることができる。これらのうち、微細なパターニングを行うことができるという観点から、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷が好ましい。
また、本発明では、基材上にGeナノ粒子を含む塗布液を所望のパターンに直接印刷することができるため、従来のフォトレジストを用いた手法に比較して、著しく生産性を向上させることができる。
The method for printing a coating solution containing Ge nanoparticles on a substrate is not particularly limited, and gravure printing, screen printing, spray coating, spin coating, comma coating, bar coating, knife coating, offset printing, flexographic printing. Methods such as printing, ink jet printing, and dispenser printing can be used. Of these, gravure printing, flexographic printing, and inkjet printing are preferable from the viewpoint that fine patterning can be performed.
In addition, in the present invention, since the coating liquid containing Ge nanoparticles can be directly printed on the base material in a desired pattern, productivity is remarkably improved as compared with the conventional method using a photoresist. Can do.

基材上のGeナノ粒子を含む塗布液は、印刷後、通常の方法で乾燥を行ってもよい。具体的には、例えば、通常のオーブン等を用いて、80〜120℃程度の温度で0.1〜20分程度加熱して乾燥させる。乾燥後の印刷部分の膜厚は用途等に応じ、適宜塗布量やGeナノ粒子の平均粒子径等を変化させて制御することができるが、通常、0.01〜100μmの範囲、好ましくは0.1〜50μmの範囲である。乾燥は以下に記す還元性雰囲気下での加熱、又は水素ラジカルによる焼成により乾燥を兼ねても構わないし、空気中で加熱せずに乾燥させてもよい。   The coating liquid containing Ge nanoparticles on the substrate may be dried by a normal method after printing. Specifically, for example, it is heated and dried at a temperature of about 80 to 120 ° C. for about 0.1 to 20 minutes using a normal oven or the like. The film thickness of the printed portion after drying can be controlled by appropriately changing the coating amount and the average particle diameter of Ge nanoparticles according to the application, etc., but is usually in the range of 0.01 to 100 μm, preferably 0. .1 to 50 μm. Drying may be performed by heating in a reducing atmosphere described below, or by baking with hydrogen radicals, or may be performed without heating in air.

本発明の第一の半導体基材の製造方法では、印刷層の焼成を還元性雰囲気下で600℃以上の加熱を施すものである。
還元性雰囲気下で焼成する前に、Geナノ粒子分散液に含まれる分散剤等の有機物を除去するために、大気下で300〜500℃の温度で30分から2時間の範囲で加熱することが好ましい。この加熱処理により、有機物が酸化分解除去される。
本発明の方法において、還元性雰囲気下とするのは、Geナノ粒子は、微粒子であるため酸化されやすく、特に表面が絶縁性の酸化ゲルマニウムとなっており、パターン状に塗布されたGeナノ粒子を焼成しても、粒子間が導通された状態とならず、十分な半導体特性を得ることができないため、表面の酸化皮膜等を還元除去するためである。また、本発明には粒子内部まで酸化された酸化Geナノ粒子を用いてもよい。
還元性雰囲気下とするための還元方法としては、一酸化炭素、アンモニア、水素等の還元性ガスを用いる方法や、グリコール、ジオール、アルデヒド等の還元性液体を用いる方法、または、NaBH4、LiAlH等の還元剤を用いる方法を挙げることができる。
加熱温度は、Geナノ粒子の還元と焼成を促進させる観点から、600℃以上であることが肝要であり、温度の上限は、基材の耐熱性に依存し、基材が変形や溶融しなければ高温でも構わないが還元剤を使用する上での安全性の観点から、概ね1000℃程度である。
なお、この600℃以上の加熱処理を行う場合は、基材にも耐熱性が要求されるので、基材をSiウェハ、石英ガラス等のガラス、セラミック基板から選択することが好ましい。
In the first method for producing a semiconductor substrate of the present invention, the printed layer is baked at 600 ° C. or higher in a reducing atmosphere.
Before firing in a reducing atmosphere, in order to remove organic substances such as a dispersant contained in the Ge nanoparticle dispersion, heating may be performed in the atmosphere at a temperature of 300 to 500 ° C. for 30 minutes to 2 hours. preferable. By this heat treatment, organic substances are oxidatively decomposed and removed.
In the method of the present invention, the reason why the reducing atmosphere is used is that Ge nanoparticles are easily oxidized because they are fine particles. In particular, the surface is made of insulating germanium oxide, and the Ge nanoparticles are applied in a pattern. This is for reducing and removing the oxide film and the like on the surface because the particles are not electrically connected to each other and sufficient semiconductor characteristics cannot be obtained. Moreover, you may use the oxidation Ge nanoparticle oxidized to the inside of particle | grains in this invention.
As a reduction method for obtaining a reducing atmosphere, a method using a reducing gas such as carbon monoxide, ammonia or hydrogen, a method using a reducing liquid such as glycol, diol or aldehyde, or NaBH 4 or LiAlH. A method using a reducing agent such as
From the viewpoint of promoting the reduction and firing of Ge nanoparticles, it is important that the heating temperature is 600 ° C. or higher. The upper limit of the temperature depends on the heat resistance of the substrate, and the substrate must be deformed or melted. However, the temperature is generally about 1000 ° C. from the viewpoint of safety when using a reducing agent.
In addition, when performing this heat processing at 600 degreeC or more, since heat resistance is requested | required also for a base material, it is preferable to select a base material from glass, such as Si wafer and quartz glass, and a ceramic substrate.

本発明の第二の半導体基材の製造方法では、印刷層の焼成を、水素ラジカルを発生するプロセスにより行うものである。
印刷層の焼成に水素ラジカルを用いると、Geナノ粒子の表面酸化膜を還元除去すると共に塗布液の有機成分等を除去しつつ、Geナノ粒子を活性化して、薄膜の半導体層として焼成するものである。この、水素ラジカルを発生するプロセスを用いると、比較的低温でGeナノ粒子の焼成を行うことができるので、ポリイミド、PEN、及びPETなどの耐熱性のあるプラスチックフィルムを基材とすることができる。
水素ラジカルを発生するプロセスとしては、水素プラズマ法を挙げることができる。
In the second method for producing a semiconductor substrate of the present invention, the printing layer is fired by a process of generating hydrogen radicals.
When hydrogen radicals are used for firing the printed layer, the surface oxide film of the Ge nanoparticles is reduced and the organic components of the coating solution are removed while activating the Ge nanoparticles and firing as a thin semiconductor layer It is. If this process for generating hydrogen radicals is used, Ge nanoparticles can be fired at a relatively low temperature, so that a heat-resistant plastic film such as polyimide, PEN, and PET can be used as a base material. .
An example of a process for generating hydrogen radicals is a hydrogen plasma method.

水素プラズマ法は、例えば平行平板電極型のプラズマ装置の中に、基板を配置する。この時の基板は、プラズマイオン等の損傷を受けないようにするために、陽極(アノード)側に配置した方がよく、基板を加熱できるようにすると、熱による離脱も作用し効果は増進される。熱を加える場合は、基材が石英やSiウェハのような比較的耐熱性の高いものであれば基板温度を900℃やそれ以上にすることも可能であるので、プラズマ装置のチャンバーは、石英製のものを用いることが有効である。また、プラスチックフィルムなどの基材を用いる場合、基材温度をそう高くすることができないので、プラズマ装置のチャンバーは、ステンレス等の金属を使う方が便利である。   In the hydrogen plasma method, for example, a substrate is placed in a parallel plate electrode type plasma apparatus. At this time, it is better to place the substrate on the anode (anode) side so as not to be damaged by plasma ions, etc. If the substrate can be heated, the effect of the separation will be enhanced by heat. The When heat is applied, the substrate temperature can be set to 900 ° C. or higher if the base material is relatively heat resistant, such as quartz or Si wafer. It is effective to use a product made of the same. Also, when using a substrate such as a plastic film, it is more convenient to use a metal such as stainless steel for the chamber of the plasma apparatus because the substrate temperature cannot be so high.

水素ガスを、導入して平行平板電極の間に、高周波電力を印加すると、プラズマが発生する。プラズマ中では、水素イオン、電子とともに活性の高い中性の水素ラジカルが発生する。発生した水素ラジカルとイオンは、Geナノ粒子が塗布された基材表面に達し、Geナノ粒子表面の酸化皮膜を除去しつつ、Geナノ粒子の焼成が行われる。その際、同時に分散剤等の有機物が水素ラジカルにより分解される。反応して、ガス化した水や炭素は、ポンプによって排気される。   When hydrogen gas is introduced and high frequency power is applied between the parallel plate electrodes, plasma is generated. In the plasma, highly active neutral hydrogen radicals are generated together with hydrogen ions and electrons. The generated hydrogen radicals and ions reach the surface of the base material coated with Ge nanoparticles, and the Ge nanoparticles are fired while removing the oxide film on the surface of the Ge nanoparticles. At the same time, organic substances such as a dispersant are decomposed by hydrogen radicals. The water and carbon gasified by reaction are exhausted by a pump.

本発明に用いるGeナノ粒子は、界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているGeナノ粒子分散体を、界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、Geナノ粒子分散体に加えることによって、Geナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものを、用いることが好ましい。   The Ge nanoparticles used in the present invention are obtained by dispersing the Ge nanoparticle dispersion dispersed in the dispersion medium (A) in the presence of a surfactant with an average particle size of 100 nm or less in any proportion with the surfactant. A liquid (B) that is not compatible and is compatible with the dispersion medium (A) in a certain ratio is added to the Ge nanoparticle dispersion to precipitate Ge nanoparticles, and the supernatant dispersion medium (A) is added to the dispersion medium (A). It is preferable to use what was obtained through the dispersion medium substitution method of the Ge nanoparticle dispersion which has a removal process.

本発明に用いるGeナノ粒子は、塗布液を調製するため、Geナノ粒子分散体中の分散媒を、塗布液に適した分散媒に置換して用いられる。
即ちGeナノ粒子は、スパークエロージョン法、ガス中蒸発法、真空蒸着法等の物理的合成方法により合成されるが、合成時に使用した分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているGeナノ粒子分散体を、界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、Geナノ粒子分散体に加えることによって、Geナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものを、用いることが好ましい。
ここで真空蒸着法とは、Ge単体、Ge合金又はGe化合物の気体を、該界面活性剤が溶解された分散媒(A)に接触させることによって製造する以下に記載の方法であり、以下、このGeナノ粒子分散体の製造方法を「真空蒸着法」と略記する場合がある。
The Ge nanoparticles used in the present invention are used by replacing the dispersion medium in the Ge nanoparticle dispersion with a dispersion medium suitable for the coating liquid in order to prepare a coating liquid.
That is, Ge nanoparticles are synthesized by a physical synthesis method such as a spark erosion method, a gas evaporation method, or a vacuum deposition method, but are dispersed in an average particle size of 100 nm or less in the dispersion medium (A) used at the time of synthesis. The Ge nanoparticle dispersion is added to the Ge nanoparticle dispersion with a liquid (B) that is incompatible with the surfactant at an arbitrary ratio and compatible with the dispersion medium (A) at a certain ratio. It is preferable to use what was obtained through the dispersion medium substitution method of Ge nanoparticle dispersion which has a process which sediments Ge nanoparticle and removes the supernatant dispersion medium (A).
Here, the vacuum vapor deposition method is a method described below for producing a simple substance of Ge, a Ge alloy or a Ge compound by contacting the dispersion medium (A) in which the surfactant is dissolved. The production method of this Ge nanoparticle dispersion may be abbreviated as “vacuum deposition method”.

そして、Geナノ粒子分散液は、最終的には、更に後述する分散媒(C)中に分散されていることが好ましい。   And finally, it is preferable that Ge nanoparticle dispersion liquid is further disperse | distributed in the dispersion medium (C) mentioned later.

Geナノ粒子の平均粒径は、100nm以下であれば特に限定はないが、平均粒径10nm以下でも安定に分散媒置換ができ、更には、本発明の分散媒置換方法を用いて得られるGeナノ粒子分散液中のGeナノ粒子の平均粒径は、通常1nm〜100nm、好ましくは1nm〜50nm、より好ましくは1nm〜20nm、特に好ましくは1nm〜15nm、更に好ましくは1nm〜10nmである。平均粒径は小さいほど本発明の安定な分散媒置換が可能であるので好ましい。   The average particle diameter of the Ge nanoparticles is not particularly limited as long as it is 100 nm or less, but even when the average particle diameter is 10 nm or less, the dispersion medium can be stably replaced. Further, Ge particles obtained using the dispersion medium replacement method of the present invention can be used. The average particle diameter of Ge nanoparticles in the nanoparticle dispersion is usually 1 nm to 100 nm, preferably 1 nm to 50 nm, more preferably 1 nm to 20 nm, particularly preferably 1 nm to 15 nm, and further preferably 1 nm to 10 nm. The smaller the average particle diameter, the more preferable because the stable dispersion medium replacement of the present invention is possible.

Geナノ粒子の形状は特に限定されず、球状、棒状、繊維状、板状、不定形等何れでもよいが、不定形であることが分散性等の点で好ましい。本発明の分散媒置換方法は不定形Geナノ粒子の分散体に適用することが好適である。従って、本発明の分散媒置換方法で調製されるGeナノ粒子分散液として特に好ましいものは不定形非結晶粒子の分散液である。   The shape of the Ge nanoparticles is not particularly limited, and may be any of spherical, rod-like, fiber-like, plate-like, and amorphous, but is preferably amorphous in view of dispersibility. The dispersion medium replacement method of the present invention is preferably applied to a dispersion of amorphous Ge nanoparticles. Therefore, the amorphous nanoparticle dispersion is particularly preferable as the Ge nanoparticle dispersion prepared by the dispersion medium replacement method of the present invention.

<分散媒(A)>
本発明の分散媒置換方法の対象となるGeナノ粒子分散体は、分散媒(A)にGeナノ粒子が分散されているものである。すなわち、分散媒(A)が置換の対象となる。分散媒(A)はGeナノ粒子を分散できるものであれば、化学構造、沸点、蒸気圧等について特に限定はなく、加熱して液体になるものであれば室温で固体のものも含まれる。本発明の分散媒置換方法は、分散媒の減圧留去に代わるものでもあるから、分散媒(A)は高沸点溶媒であることが、本発明の効果を奏する点で好ましい。
<Dispersion medium (A)>
The Ge nanoparticle dispersion which is the target of the dispersion medium replacement method of the present invention is one in which Ge nanoparticles are dispersed in the dispersion medium (A). That is, the dispersion medium (A) is a target for substitution. As long as the dispersion medium (A) can disperse Ge nanoparticles, the chemical structure, boiling point, vapor pressure and the like are not particularly limited. Since the dispersion medium replacement method of the present invention is also an alternative to the vacuum distillation of the dispersion medium, it is preferable that the dispersion medium (A) is a high boiling point solvent from the viewpoint of the effects of the present invention.

分散媒(A)の1気圧における沸点は特に限定はないが、40℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることが特に好ましい。
また、該分散媒(A)の蒸気圧も特に限定はないが、25℃における蒸気圧が10-3Pa以下であることが好ましく、10-4Pa以下であることがより好ましく、10-5Pa以下であることが特に好ましい。特に、後述する真空蒸着法によってGeナノ粒子分散体が調製された場合には、その分散媒(A)については、高沸点、低蒸気圧に限定されるので、本発明の分散媒置換方法を、真空蒸着法で得られたGeナノ粒子分散体に適用させるときには、分散媒(A)については、上記のように、沸点は高く、蒸気圧は低いことが特に好ましい。
The boiling point at 1 atm of the dispersion medium (A) is not particularly limited, but is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and particularly preferably 200 ° C. or higher.
Also, the vapor pressure of the dispersion medium (A) is not particularly limited, but the vapor pressure at 25 ° C. is preferably 10 −3 Pa or less, more preferably 10 −4 Pa or less, more preferably 10 −5. It is particularly preferred that it is Pa or less. In particular, when a Ge nanoparticle dispersion is prepared by a vacuum vapor deposition method to be described later, the dispersion medium (A) is limited to a high boiling point and a low vapor pressure. When applied to the Ge nanoparticle dispersion obtained by the vacuum evaporation method, it is particularly preferable that the dispersion medium (A) has a high boiling point and a low vapor pressure as described above.

本発明においては、「ゲルマニウム類の気体」を、低蒸気圧液体に接触させることによって、それを該低蒸気圧液体中に分散させる。「低蒸気圧液体」とは、分散時の温度で低蒸気圧であって、10-3Paで実質的に揮発しない液体をいう。低蒸気圧でないと、蒸発して「ゲルマニウム類の気体」と気体同士で相互作用をして分散性に悪影響を与える場合がある。
その蒸気圧は、好ましくは、25℃で10-10Pa〜10-5Pa、特に好ましくは、25℃で10-8Pa〜10-6Paである。かかる低蒸気圧液体の1気圧での沸点は特に限定はないが、上記と同じ理由で180℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、220℃以上が特に好ましく、240℃以上が更に好ましい。
In the present invention, the “germanium gas” is dispersed in the low vapor pressure liquid by bringing the gas into contact with the low vapor pressure liquid. The “low vapor pressure liquid” refers to a liquid that has a low vapor pressure at the dispersion temperature and does not substantially volatilize at 10 −3 Pa. If the vapor pressure is not low, it may evaporate and interact with the “germanium gas” to adversely affect dispersibility.
The vapor pressure is preferably 10 −10 Pa to 10 −5 Pa at 25 ° C., particularly preferably 10 −8 Pa to 10 −6 Pa at 25 ° C. The boiling point at 1 atm of such a low vapor pressure liquid is not particularly limited, but is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, particularly preferably 220 ° C. or higher, and further preferably 240 ° C. or higher for the same reason as described above.

具体的には、例えば、
トルエン、キシレン、エチルベンゼン等のアルキルベンゼン類や、1−メチルナフタレン、サボタレン、カダレン、「炭素数2〜20のアルキル基を有するナフタレン」等のアルキルナフタレン類等の「置換基を有していてもよい芳香族炭化水素類」;
シクロヘキサノン、メチルイソプチルケトン、イソホロン等のケトン類;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル、ポリアルキルフェニルエーテル等のエーテル類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン等のラクトン類;
シリコーン類、ポリアルキルシロキサン等のシリコーン系化合物類;
フルオロカーボン類;
多価アルコール類;
等が好ましいものとして挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上の混合溶媒で用いられる。
Specifically, for example,
It may have a substituent such as alkylbenzenes such as toluene, xylene and ethylbenzene, 1-methylnaphthalene, sabotalene, cadalene, and alkylnaphthalenes such as “naphthalene having an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms”. Aromatic hydrocarbons ";
Ketones such as cyclohexanone, methylisoptyl ketone, isophorone;
Alkylene such as propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol diacetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol monopropyl ether acetate Glycol monoalkyl ether acetates; ethers such as alkyl diphenyl ether, polyphenyl ether, polyalkylphenyl ether;
Lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, and δ-caprolactone;
Silicone compounds such as silicones and polyalkylsiloxanes;
Fluorocarbons;
Polyhydric alcohols;
And the like are preferable. These are used alone or in a mixture of two or more.

特に、本発明の分散媒置換方法を、真空蒸着法で得られたGeナノ粒子分散体に適用させる場合には、特に好ましい分散媒(A)として、アルキルナフタレン、アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル、ポリアルキルフェニルエーテル、シリコーン池、ポリアルキルシロキサン、フルオロカーボン油等が挙げられる。ここで、上記アルキル基としては特に限定はないが、炭素数4〜24個のものが好ましく、8〜22個のものがより好ましく、12〜20個のものが特に好ましい。また、市販の拡散ポンプ油も好ましい。   In particular, when the dispersion medium replacement method of the present invention is applied to a Ge nanoparticle dispersion obtained by a vacuum vapor deposition method, alkyl naphthalene, alkyl diphenyl ether, polyphenyl ether, polyphenyl ether, and the like are particularly preferable as the dispersion medium (A). Examples include alkylphenyl ether, silicone pond, polyalkylsiloxane, and fluorocarbon oil. Here, the alkyl group is not particularly limited, but preferably has 4 to 24 carbon atoms, more preferably has 8 to 22 carbon atoms, and particularly preferably has 12 to 20 carbon atoms. Commercially available diffusion pump oil is also preferred.

また、分散媒(A)が肪族及び/又は芳香族炭化水素である場合には、炭素数の合計が14個以上であることが好ましく、20個以上であることがより好ましく、25個以上であることが特に好ましい。これらは1種又は2種以上を混合して用いられる。   When the dispersion medium (A) is an aliphatic and / or aromatic hydrocarbon, the total number of carbon atoms is preferably 14 or more, more preferably 20 or more, and 25 or more. It is particularly preferred that These are used alone or in combination of two or more.

<界面活性剤>
本発明の分散媒置換方法の対象となるGeナノ粒子分散体は、Geナノ粒子が界面活性剤の存在下に、分散媒(A)中に分散されているものである。ここで、「界面活性剤」は、Geナノ粒子を良好に分散媒(A)中に分散できるものであれば特に限定はないが、更に、分散媒(A)との関係で、後述する要件を満たす好適な液体(B)が存在するような「界面活性剤」である必要がある。
<Surfactant>
The Ge nanoparticle dispersion which is the target of the dispersion medium replacement method of the present invention is one in which Ge nanoparticles are dispersed in the dispersion medium (A) in the presence of a surfactant. Here, the “surfactant” is not particularly limited as long as Ge nanoparticles can be well dispersed in the dispersion medium (A), but further, the requirements described later in relation to the dispersion medium (A). It is necessary to be a “surfactant” such that a suitable liquid (B) satisfying the above condition exists.

具体的には、カルボン酸塩系、スルホン酸塩系、硫酸エステル塩系、リン酸エステル塩系等の陰イオン界面活性剤;陽イオン界面活性剤;両性界面活性剤;エーテル系、エステルエーテル系、エステル系、含窒素系等の非イオン界面活性剤;フッ素系界面活性剤;反応性界面活性剤等が挙げられる。このうち、非イオン界面活性剤が、良好な分散性を与えること、分散媒置換に際して、本発明における要件を満たした「分散媒(A)、界面活性剤及び液体(B)」の組み合わせが存在しやすい点で好ましい。   Specifically, carboxylate-based, sulfonate-based, sulfate ester-based, phosphate ester-based and the like anionic surfactants; cationic surfactants; amphoteric surfactants; ethers, ester ethers , Ester-based, nitrogen-containing, etc. nonionic surfactants; fluorine-based surfactants; reactive surfactants, and the like. Among these, there is a combination of “dispersion medium (A), surfactant and liquid (B)” that satisfies the requirements of the present invention when the nonionic surfactant gives good dispersibility and the dispersion medium is replaced. It is preferable in that it is easy to do.

このうち、含窒素系等の非イオン界面活性剤とエステル系の非イオン界面活性剤が、上記した理由と同様の理由でより好ましい。含窒素系等の非イオン界面活性剤としては、アミン、イミド基を有している界面活性剤であれば特に限定はないが、ポリアルケニル基を有していることが、親油性が高く、分散媒(A)として好ましい低蒸気圧液体への溶解性が高い点から特に好ましい。エステル系界面活性剤は、エステル基を有し界面活性能を有する化合物であれば特に限定はないが、多価アルコールとカルボン酸とのエステルであることが、親油性が高く、分散媒(A)として好ましい低蒸気圧液体への溶解性が高い点、反応性が低く安定性が高い点等から特に好ましい。また、後述する「相溶性の要件を満たした液体(B)」が存在する点からも特に好ましい。   Of these, nitrogen-containing nonionic surfactants and ester-based nonionic surfactants are more preferable for the same reason as described above. The nonionic surfactant such as nitrogen-containing system is not particularly limited as long as it is a surfactant having an amine or imide group, but having a polyalkenyl group is highly lipophilic, This is particularly preferable from the viewpoint of high solubility in a low vapor pressure liquid which is preferable as the dispersion medium (A). The ester-based surfactant is not particularly limited as long as it is a compound having an ester group and having a surfactant activity. However, the ester surfactant is an ester of a polyhydric alcohol and a carboxylic acid. ) Is particularly preferred because of its high solubility in a low vapor pressure liquid, low reactivity and high stability. Moreover, it is especially preferable also from the point that "the liquid (B) which satisfy | filled the requirement of compatibility" mentioned later exists.

上記ポリアルケニル基としては、炭素数5〜30が好ましく、炭素数10〜25がより好ましく、炭素数12〜22が特に好ましい。   The polyalkenyl group preferably has 5 to 30 carbon atoms, more preferably 10 to 25 carbon atoms, and particularly preferably 12 to 22 carbon atoms.

上記カルボン酸としては、炭素数8〜28個のカルボン酸が好ましく、炭素数12〜24個のカルボン酸がより好ましく、炭素数15〜22個のカルボン酸が特に好ましい。   As the carboxylic acid, a carboxylic acid having 8 to 28 carbon atoms is preferable, a carboxylic acid having 12 to 24 carbon atoms is more preferable, and a carboxylic acid having 15 to 22 carbon atoms is particularly preferable.

上記多価アルコールとしては特に限定はないが、具体的には、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール;プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール;グリセリン、ポリグリセリン;ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン;ショ糖、グルコース等の糖類;ソルビット等の糖アルコール類(糖類を還元したもの);ソルビタン等の糖アルコールの脱水による環化物類等が好ましいものとして挙げられる。このうち、多価アルコールとしては、糖アルコール又は糖アルコールの脱水による環化物が、分散性、分散安定性、高濃度分散性に優れるので特に好ましい。   Although it does not specifically limit as said polyhydric alcohol, Specifically, saccharides, such as ethylene glycol, polyethyleneglycol; propylene glycol, polypropylene glycol; glycerin, polyglycerin; pentaerythritol, trimethylolpropane; sucrose, glucose, etc. Preferred examples include sugar alcohols such as sorbit (reduced saccharides); cyclized products resulting from dehydration of sugar alcohols such as sorbitan. Among these, as the polyhydric alcohol, sugar alcohol or a cyclized product obtained by dehydration of the sugar alcohol is particularly preferable because it is excellent in dispersibility, dispersion stability, and high concentration dispersibility.

多価アルコールの水酸基は実質的に全て酸でエステル化されていても、全てエステル化されず水酸基が残存していてもよいが、水酸基が1個以上残存しているものが好ましい。   The hydroxyl group of the polyhydric alcohol may be substantially all esterified with an acid or may not be all esterified and a hydroxyl group may remain, but those having one or more hydroxyl groups remaining are preferred.

エステル系界面活性剤としては、具体的には、例えば、エチレングリコールモノ脂肪酸エステル、エチレングリコールジ脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールモノ脂肪酸エステル、ポリエチレングリコールジ脂肪酸エステル等の(ポリ)エチレングリコール脂肪酸エステル類;プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル、プロピレングリコールジ脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコールモノ脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコールジ脂肪酸エステル等の(ポリ)プロピレングリコール脂肪酸エステル類;グリセリンモノ脂肪酸エステル、グリセリンジ脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル等の(ポリ)グリセリン脂肪酸エステル類;ショ糖脂肪酸エステル、グルコース脂肪酸エステル等の糖脂肪酸エステル額;ソルビット(グルコースの糖アルコール)脂肪酸エステル等の糖アルコール脂肪酸エステル類;ソルビタン(ソルビットの脱水による環化物)脂肪酸エステル等の「糖アルコールの脱水による環化物」の脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン水添ヒマシ油等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル等のポリオキシエチレン糖アルコール脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の「ポリオキシエチレン鎖含有『糖アルコールの脱水による環化物』の脂肪酸エステル類」等が好ましいものとして挙げられる。これらは1種又は2種以上を混合して用いられる。   Specific examples of ester surfactants include (poly) ethylene glycol fatty acid esters such as ethylene glycol monofatty acid ester, ethylene glycol difatty acid ester, polyethylene glycol monofatty acid ester, and polyethylene glycol difatty acid ester; propylene (Poly) propylene glycol fatty acid esters such as glycol monofatty acid ester, propylene glycol difatty acid ester, polypropylene glycol monofatty acid ester, polypropylene glycol difatty acid ester; glycerin monofatty acid ester, glycerin difatty acid ester, polyglycerin fatty acid ester ( Poly) glycerin fatty acid esters; sugar fatty acid esters such as sucrose fatty acid ester and glucose fatty acid ester; sorby Sugar alcohol fatty acid esters such as fatty acid esters of glucose (glucose alcohol of glucose); fatty acid esters of “cyclized products of dehydration of sugar alcohol” such as sorbitan (cyclized product by dehydration of sorbit); polyoxyethylene glycerin fatty acid ester Polyoxyethylene fatty acid esters such as polyoxyethylene castor oil and polyoxyethylene hydrogenated castor oil; polyoxyethylene sugar alcohol fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbite fatty acid ester; Oxyethylene chain-containing “fatty acid esters of cyclized product by dehydration of sugar alcohol” and the like are preferable. These are used alone or in combination of two or more.

本発明の分散媒置換方法の対象となるGeナノ粒子分散体中の、界面活性剤の濃度は特に限定はなく適宜調節可能であるが、分散媒(A)100質量部に対して、界面活性剤0.3〜50質量部が好ましく、1〜20質量部がより好ましく、3〜10質量部が特に好ましい。
界面活性剤が少なすぎると、分散性が不足し、良好に分散できない場合があり、一方、多すぎると分散体の粘度が高くなりすぎ、回転ドラムの回転による「新しい低蒸気圧液体の膜」が出来にくくなる場合がある。
The concentration of the surfactant in the Ge nanoparticle dispersion that is the subject of the dispersion medium replacement method of the present invention is not particularly limited and can be adjusted as appropriate. 0.3-50 mass parts of an agent is preferable, 1-20 mass parts is more preferable, and 3-10 mass parts is especially preferable.
If the amount of the surfactant is too small, the dispersibility may be insufficient and may not be dispersed well. On the other hand, if the amount is too large, the viscosity of the dispersion becomes too high. May become difficult.

本発明の分散媒置換方法の対象となるGeナノ粒子分散体中のGeナノ粒子の濃度は特に限定はないが、Geナノ粒子分散体100質量部に対して、Geナノ粒子1〜90質量部が好ましく、10〜80質量部がより好ましく、20〜70質量部が特に好ましい。本発明を使用すれば、高濃度のGeナノ粒子分散体の分散媒置換が可能である。   The concentration of Ge nanoparticles in the Ge nanoparticle dispersion that is the target of the dispersion medium replacement method of the present invention is not particularly limited, but is 1 to 90 parts by mass of Ge nanoparticles with respect to 100 parts by mass of the Ge nanoparticle dispersion. Is preferable, 10-80 mass parts is more preferable, and 20-70 mass parts is especially preferable. By using the present invention, it is possible to replace a dispersion medium of a high concentration Ge nanoparticle dispersion.

<液体(B)>
本発明の分散媒置換方法は、Geナノ粒子が界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に分散されているGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法であって、該界面活性剤とは任意の割合では相溶せず、かつ該分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、上記Geナノ粒子分散体に加えることによって、該Geナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有することを特徴としている。
<Liquid (B)>
The dispersion medium replacement method of the present invention is a dispersion medium replacement method for a Ge nanoparticle dispersion in which Ge nanoparticles are dispersed in a dispersion medium (A) in the presence of a surfactant, Is added to the Ge nanoparticle dispersion by adding a liquid (B) that is incompatible with an arbitrary ratio and compatible with the dispersion medium (A) to a certain ratio, thereby precipitating the Ge nanoparticles. It has a process of removing the supernatant dispersion medium (A).

すなわち、本発明の分散媒置換方法は、液体(B)を、Geナノ粒子分散体に加えることによって、該Geナノ粒子を沈降させ、実質的に上澄みの「分散媒(A)と液体(B)の混合物」だけを、デカンテーション等で除く過程を有する。ここで、液体(B)の満たす要件は、以下の通りである。
(1)分散媒置換の対象となるGeナノ粒子分散体中の界面活性剤と、任意の割合では相溶しない。
(2)分散媒置換の対象となるGeナノ粒子分散体中の分散媒(A)と、ある割合では相溶する。
That is, in the dispersion medium replacement method of the present invention, by adding the liquid (B) to the Ge nanoparticle dispersion, the Ge nanoparticles are settled, and the supernatant “dispersion medium (A) and liquid (B )) "Alone" is removed by decantation or the like. Here, the requirements that the liquid (B) satisfies are as follows.
(1) It is incompatible with the surfactant in the Ge nanoparticle dispersion to be dispersed medium at an arbitrary ratio.
(2) It is compatible with the dispersion medium (A) in the Ge nanoparticle dispersion that is the target of the dispersion medium substitution at a certain ratio.

要件(1)及び要件(2)を満たす液体(B)を用いると、前記分散媒(A)から後述する分散媒(C)に、好適に分散媒置換ができ、分散媒置換前後で分散維持性に優れた分散媒置換方法を提供できる。
要件(1)について、液体(B)は、界面活性剤と任意の割合では相溶しないことが必須である。液体(B)とGeナノ粒子分散体中の界面活性剤の相溶性が大きすぎると、すなわち、液体(B)と界面活性剤とが任意の割合で相溶する場合には、液体(B)をGeナノ粒子分散体に加えても、そこに分散されているGeナノ粒子が沈降しない場合がある。
When the liquid (B) satisfying the requirements (1) and (2) is used, the dispersion medium (A) can be suitably replaced with the dispersion medium (C) described later, and the dispersion is maintained before and after the dispersion medium replacement. It is possible to provide a dispersion medium replacement method having excellent properties.
Regarding requirement (1), it is essential that the liquid (B) is incompatible with the surfactant at an arbitrary ratio. If the compatibility between the liquid (B) and the surfactant in the Ge nanoparticle dispersion is too high, that is, if the liquid (B) and the surfactant are compatible at an arbitrary ratio, the liquid (B) When Ge is added to the Ge nanoparticle dispersion, Ge nanoparticles dispersed therein may not settle.

液体(B)の沸点や蒸気圧は特に限定はないが、分散媒(A)より低沸点、高蒸気圧であることが好ましい。液体(B)を加えた後、沈降したGeナノ粒子を容器中に残し、分散媒(A)と液体(B)の混合液体をデカンテーションで取り除き、再度液体(B)を加えてデカンテーションを繰り返すことが好ましいが、最後のデカンテーションでも残存した液体(B)を、要すれば、加熱せずに減圧留去し易いからである。   The boiling point and vapor pressure of the liquid (B) are not particularly limited, but are preferably lower boiling point and higher vapor pressure than the dispersion medium (A). After adding the liquid (B), the precipitated Ge nanoparticles are left in the container, and the mixed liquid of the dispersion medium (A) and the liquid (B) is removed by decantation, and the liquid (B) is added again and decantation is performed. Although it is preferable to repeat, the liquid (B) remaining in the last decantation is easily distilled off under reduced pressure without heating, if necessary.

該液体(B)の1気圧における沸点は、180℃以下であることが好ましく、150℃以下であることがより好ましく、100℃以下であることが特に好ましい。   The boiling point of the liquid (B) at 1 atm is preferably 180 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and particularly preferably 100 ° C. or lower.

具体的には、液体(B)は、界面活性剤や分散媒(A)との相溶性の関係等で主に決められ特に限定はないが、例えば、
n−プロパノール、iso−プロパノール(以下、「IPA」と略記する)、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等のアルコール系;
アセトン、エチルメチルケトン(以下、「MEK」と略記する)、シクロヘキサノン、メチルイソプチルケトン等のケトン系;
エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、フラン、テトラヒドロフラン等のエーテル系;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸プチル等のエステル系;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエ←テルアセテート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプチルエーテルアセテート(以下、「BDGAc」と略記する)、ジプロピレングリコールモノプチルエーテルアセテート等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート系;
γ−プチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン等のラクトン系;
クロロホルム、ジクロロエタン、1,1−ジプロモエタン、1,1,1−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系;
等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上の混合溶媒で用いられる。
Specifically, the liquid (B) is mainly determined depending on the compatibility relationship with the surfactant and the dispersion medium (A), and is not particularly limited.
alcohol systems such as n-propanol, iso-propanol (hereinafter abbreviated as “IPA”), butanol, pentanol, hexanol;
Ketones such as acetone, ethyl methyl ketone (hereinafter abbreviated as “MEK”), cyclohexanone, methyl isoptyl ketone;
Ethers such as ethyl methyl ether, diethyl ether, furan, tetrahydrofuran;
Ester systems such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate;
Propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol diacetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether ← teracetate, dipropylene Alkylene glycol monoalkyl ether acetates such as glycol monopropyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate (hereinafter abbreviated as “BDGAc”), dipropylene glycol monobutyl ether acetate;
Lactone systems such as γ-ptyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ-caprolactone;
Halogenated hydrocarbon systems such as chloroform, dichloroethane, 1,1-dipromoethane, 1,1,1-trichloroethane;
Etc. These are used alone or in a mixture of two or more.

<分散媒(C)>
本発明においては、前記した「液体(B)を上記Geナノ粒子分散体に加えることによって該Geナノ粒子を沈降させ上澄みの分散媒(A)を除く過程」の後に、更に、分散媒(C)を加える過程を加えて、「Geナノ粒子分散液」を得ることが、前記本発明の目的から好ましい。「Geナノ粒子分散液」は、主に分散媒(C)中に、ゲルマニウム(Ge)単体、ゲルマニウム(Ge)合金又はゲルマニウム(Ge)化合物のGeナノ粒子が分散されているものである。「Geナノ粒子分散液」には、少量の分散媒(A)や液体(B)が残存していてもよい。なお、分散媒置換前のものを「Geナノ粒子分散体」といい、分散媒置換後のものを「Geナノ粒子分散液」という。
<Dispersion medium (C)>
In the present invention, after the above-mentioned “process of adding the liquid (B) to the Ge nanoparticle dispersion to settle the Ge nanoparticles and removing the supernatant dispersion medium (A)”, the dispersion medium (C It is preferable for the purpose of the present invention to obtain a “Ge nanoparticle dispersion liquid” by adding a process of adding (A). The “Ge nanoparticle dispersion liquid” is a dispersion medium (C) in which germanium (Ge) simple substance, germanium (Ge) alloy or germanium (Ge) compound Ge nanoparticles are dispersed. A small amount of dispersion medium (A) or liquid (B) may remain in the “Ge nanoparticle dispersion”. In addition, the thing before a dispersion medium substitution is called "Ge nanoparticle dispersion", and the thing after dispersion medium substitution is called "Ge nanoparticle dispersion liquid."

分散媒(C)は、Geナノ粒子分散液の種々の用途に適応したものから適宜選択することができる。従って、分散媒(C)としては、IC、半導体、導電膜、フィルター等の製造用の溶媒又は分散媒を始め、一般に、インキ、塗料、触媒材料、医療用等に用いられる汎用の溶媒又は分散媒が挙げられる。   The dispersion medium (C) can be appropriately selected from those suitable for various uses of the Ge nanoparticle dispersion. Therefore, as the dispersion medium (C), general-purpose solvents or dispersions generally used for inks, paints, catalyst materials, medical use, etc. as well as solvents or dispersion media for production of ICs, semiconductors, conductive films, filters, etc. A medium.

分散媒(C)としては、前記界面活性剤と少なくともある割合では相溶するものが好ましいが、任意の割合で相溶するものであることが、Geナノ粒子分散液の、分散性、分散安定性、高濃度分散性、分散維持性等の点から特に好ましい。   The dispersion medium (C) is preferably compatible with the surfactant at least in a certain ratio, but is compatible with an arbitrary ratio, so that the dispersibility and dispersion stability of the Ge nanoparticle dispersion can be improved. Are particularly preferred from the standpoints of properties, high-concentration dispersibility, and dispersion maintenance.

分散媒(C)は、液体(B)をある割合では相溶させるものであることが好ましい。液体(B)を少量でも相溶させない場合には、デカンデーションによっても液体(B)が少量は残存する場合もあるので、Geナノ粒子分散液が2層に分離する場合がある。   The dispersion medium (C) is preferably one that makes the liquid (B) compatible at a certain ratio. If the liquid (B) is not compatible even with a small amount, the liquid (B) may remain even by decantation, so that the Ge nanoparticle dispersion may be separated into two layers.

分散媒(C)は、用途に応じて選択できるが、具体的には、例えば、トルエン、キシレン、n−ヘキサン、テトラデカン等の炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸プチル等のエステル系溶媒;プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピ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プチルエーテルアセテート等のグリコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソプチルケトン等のケトン系溶媒等が挙げられるが、それらに限定されるものではない。これらは1種で又は2種以上混合して用いられる。   The dispersion medium (C) can be selected depending on the application. Specifically, for example, hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, n-hexane and tetradecane; ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; propylene Glycol solvents such as glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoptyl ether acetate; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, and methyl isobutyl ketone. However, it is not limited to them. These may be used alone or in combination of two or more.

<Geナノ粒子分散体>
本発明に用いるGeナノ粒子分散体の調製方法は特に限定はなく、如何なる方法で調製されたGeナノ粒子分散体であっても、その分散媒(A)の置換が可能であるが、真空蒸着法によって調製されたGeナノ粒子分散体に対して適用されることが好ましい。
すなわち、金属単体、金属合金又は金属化合物の気体を、該界面活性剤が溶解された分散媒(A)に接触させることによって製造されたGeナノ粒子分散体に対して使用されることが好ましい。
<Ge nanoparticle dispersion>
The method for preparing the Ge nanoparticle dispersion used in the present invention is not particularly limited, and the dispersion medium (A) can be replaced with any Ge nanoparticle dispersion prepared by any method. It is preferably applied to Ge nanoparticle dispersions prepared by the method.
That is, it is preferably used for a Ge nanoparticle dispersion produced by bringing a gas of a metal simple substance, a metal alloy or a metal compound into contact with the dispersion medium (A) in which the surfactant is dissolved.

真空蒸着法によって調製されたGeナノ粒子分散体の分散媒(A)に対し、前記液体(B)を加えて該Geナノ粒子を沈降させ、その後、上記分散媒(C)を加えて、Geナノ粒子分散体の分散媒(A)を分散媒(C)に分散媒置換することが好ましい。真空蒸着法に用いられる分散媒(A)は、高沸点、低蒸気圧のものに限られ、分散媒がそのままでは、種々の用途への適応ができない場合が多いので、本発明の分散媒置換方法がより効果的となる。
また、真空蒸着法に好適に用いられる界面活性剤と、本発明における液体(B)との関係において、前記要件(1)及び(2)を満たす組み合わせが実際に種々存在するので、本発明のGeナノ粒子分散体を分散媒置換するには、真空蒸着法によって調製されたGeナノ粒子分散体に適用させることが好ましい。
The liquid (B) is added to the dispersion medium (A) of the Ge nanoparticle dispersion prepared by the vacuum deposition method to precipitate the Ge nanoparticles, and then the dispersion medium (C) is added to the Ge nanoparticle dispersion. It is preferable to replace the dispersion medium (A) of the nanoparticle dispersion with the dispersion medium (C). The dispersion medium (A) used in the vacuum deposition method is limited to those having a high boiling point and a low vapor pressure, and the dispersion medium is not suitable for various uses as it is. The method becomes more effective.
Further, in the relationship between the surfactant suitably used in the vacuum deposition method and the liquid (B) in the present invention, there are actually various combinations that satisfy the requirements (1) and (2). In order to replace the Ge nanoparticle dispersion with a dispersion medium, the Ge nanoparticle dispersion is preferably applied to a Ge nanoparticle dispersion prepared by a vacuum deposition method.

以下、本発明の分散媒置換方法が好適に適用できる「真空蒸着法によって調製されたGeナノ粒子分散体」について説明する。   Hereinafter, “Ge nanoparticle dispersion prepared by vacuum deposition method” to which the dispersion medium replacement method of the present invention can be suitably applied will be described.

真空蒸着法で分散される「Ge単体、Ge合金又はGe化合物」(以下、「Ge等」と略記する場合がある)については、加熱等によって気体になるものであれば特に限定はない。気体にする方法は特に限定はされず、公知の加熱方法によってなされる。加熱温度も特に限定はなく、また、Ge等の種類によっても異なるが、400〜2000℃が好ましく、600〜1700℃がより好ましく、800〜1600℃が特に好ましく、1000〜1400℃が更に好ましい。   The “Ge simple substance, Ge alloy or Ge compound” dispersed by the vacuum deposition method (hereinafter may be abbreviated as “Ge etc.”) is not particularly limited as long as it becomes a gas by heating or the like. The method for making the gas is not particularly limited, and is performed by a known heating method. The heating temperature is not particularly limited, and varies depending on the type of Ge or the like, but is preferably 400 to 2000 ° C, more preferably 600 to 1700 ° C, particularly preferably 800 to 1600 ° C, and further preferably 1000 to 1400 ° C.

真空蒸着法においては、Ge等の気体を分散媒(A)に接触させてGeナノ粒子分散体を得るが、その際、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性気体;分散媒、分散助剤等の有機物気体等を共存させることを排除するものではないが、分子を液体に接触させて、液相界面で分散状態を作る真空蒸着法の作用原理から、それらを共存させる必要性はない。   In the vacuum deposition method, a Ge nanoparticle dispersion is obtained by bringing a gas such as Ge into contact with the dispersion medium (A). At that time, an inert gas such as helium, argon, nitrogen, etc .; dispersion medium, dispersion aid, etc. This does not exclude the coexistence of organic gases, etc., but there is no need for them to coexist because of the working principle of the vacuum deposition method in which molecules are brought into contact with a liquid to create a dispersed state at the liquid phase interface.

「Ge又はGe化合物」の気体を、後述する分散媒(A)に接触させて分散体を形成させる際の圧力は特に限定はないが、10-1Pa以下であることが好ましい。10-2Pa以下であることが特に好ましい。また、10-4Pa以上であることが好ましく、10-3Pa以上であることが特に好ましい。圧力が大きすぎる、すなわち真空度が悪いと、加熱温度を高くする必要がある点、そこに介在する気体の影響がでてGeナノ粒子が変質する点等の問題が生じる場合がある。圧力が小さすぎる、すなわち真空度を不必要に高くすると、分散媒(A)が揮発したり、生産性が落ちたり、真空ポンプに負荷がかかりすぎたりする場合がある。 The pressure when forming the dispersion by bringing the gas of “Ge or Ge compound” into contact with the dispersion medium (A) described later is not particularly limited, but is preferably 10 −1 Pa or less. It is particularly preferably 10 −2 Pa or less. Moreover, it is preferable that it is 10 <-4 > Pa or more, and it is especially preferable that it is 10 <-3 > Pa or more. If the pressure is too high, that is, the degree of vacuum is poor, problems such as the need to increase the heating temperature and the influence of the gas intervening there and the quality of the Ge nanoparticles may occur. If the pressure is too small, that is, the degree of vacuum is unnecessarily high, the dispersion medium (A) may volatilize, productivity may drop, or the vacuum pump may be overloaded.

真空蒸着法における分散媒(A)は低蒸気圧のものでないと、蒸発して「Geの気体又はGe化合物の気体」と気体同士で相互作用をして分散性に悪影響を与える場合がある。
本発明においては、分散媒(A)の蒸気圧は、25℃で、10-3Pa以下が好ましいが、真空蒸着法においては、より好ましくは25℃で10-10Pa〜10-5Pa、特に好ましくは25℃で10-8Pa〜10-6Paである。かかる分散媒(A)の1気圧での沸点は特に限定はないが、上記と同じ理由で、180℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、220℃以上が特に好ましく、240℃以上が更に好ましい。
If the dispersion medium (A) in the vacuum deposition method is not low vapor pressure, it may evaporate and interact with the “Ge gas or Ge compound gas” to adversely affect the dispersibility.
In the present invention, the vapor pressure of the dispersion medium (A) is preferably 10 −3 Pa or less at 25 ° C., but more preferably 10 −10 Pa to 10 −5 Pa at 25 ° C. in the vacuum deposition method. Particularly preferably, it is 10 −8 Pa to 10 −6 Pa at 25 ° C. The boiling point of the dispersion medium (A) at 1 atm is not particularly limited, but for the same reason as above, it is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, particularly preferably 220 ° C. or higher, and further 240 ° C. or higher. preferable.

真空蒸着法においては、気体を分散媒(A)に接触させることによって、その気体が固体のGeナノ粒子になって分散媒(A)中に分散されるが、その際、該分散媒(A)中に前記エステル系界面活性剤を溶解させておくことが好ましい。エステル系界面活性剤を溶解させておくことによって、平均粒径の小さい分散粒子を形成させることができ、また、小粒径でも分散性、分散安定性、高濃度分散性等が優れた分散体を得ることができる。   In the vacuum vapor deposition method, when the gas is brought into contact with the dispersion medium (A), the gas becomes solid Ge nanoparticles and is dispersed in the dispersion medium (A). It is preferable that the ester surfactant is dissolved in Dispersion particles having a small average particle diameter can be formed by dissolving an ester surfactant, and a dispersion having excellent dispersibility, dispersion stability, high concentration dispersibility, etc. even with a small particle diameter. Can be obtained.

真空蒸着法によって製造されたGeナノ粒子分散体中のGeナノ粒子の濃度は特に限定はないが、Geナノ粒子分散体100質量部に対して、1〜90質量部が好ましく、10〜80質量部がより好ましく、20〜70質量部が特に好ましい。真空蒸着法を使用すれば、高濃度のGeナノ粒子分散体が得られ、本発明の分散媒置換方法の特徴である「高濃度分散性の維持」が好適に適用できる。   Although the density | concentration of Ge nanoparticle in Ge nanoparticle dispersion manufactured by the vacuum evaporation method does not have limitation in particular, 1-90 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of Ge nanoparticle dispersion, 10-80 masses Part is more preferable, and 20 to 70 parts by mass are particularly preferable. If the vacuum deposition method is used, a high concentration Ge nanoparticle dispersion can be obtained, and “maintenance of high concentration dispersibility”, which is a feature of the dispersion medium replacement method of the present invention, can be suitably applied.

真空蒸着法について、図1に示す製造装置を例に更に詳しく説明する。ただし、図1は、具体的装置の一例であり、それには限定されない。   The vacuum deposition method will be described in more detail using the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 as an example. However, FIG. 1 is an example of a specific apparatus, and the present invention is not limited to this.

図1において、チャンバー(1)は、固定軸(2)の回りに回転するドラム状であり、固定軸(2)を通してチャンバー(1)の内部が高真空に排気される構造になっている。
チャンバー(1)には、界面活性剤が溶解された分散媒(A)(3)が入れてあり、ドラム状のチャンバー(1)の回転によって、チャンバー(1)の内壁に、界面活性剤が溶解された分散媒(A)(3)の膜(4)が形成される。チャンバー(1)の内部には、Ge等(5)を入れる容器(6)が固定されている。Ge等(5)は、抵抗線に電流を流す等して所定温度まで加熱され、気体となってチャンバー(1)の中に放出される。
In FIG. 1, the chamber (1) has a drum shape rotating around the fixed shaft (2), and the inside of the chamber (1) is evacuated to high vacuum through the fixed shaft (2).
A dispersion medium (A) (3) in which a surfactant is dissolved is placed in the chamber (1), and the surfactant is applied to the inner wall of the chamber (1) by the rotation of the drum-shaped chamber (1). A film (4) of the dissolved dispersion medium (A) (3) is formed. Inside the chamber (1), a container (6) for containing Ge or the like (5) is fixed. Ge or the like (5) is heated to a predetermined temperature, for example, by passing a current through a resistance wire, and is released into the chamber (1) as a gas.

チャンバー(1)の外壁は、水流(8)で全体が冷却されている。加熱されたGe等(5)から真空中に放出された原子(9)は、界面活性剤が溶解された分散媒(A)(3)の膜(4)の表面から取り込まれ、Ge等のGeナノ粒子(10)が形成される。次いで、かかるGe等のGeナノ粒子(10)が分散された分散媒(A)(3)は、チャンバー(1)の回転に伴ってチャンバー(1)の底部にある分散媒(A)(3)の中に輸送され、同時に、新しい「分散媒(A)(3)の膜(4)」がチャンバー(1)の上部に供給される。   The entire outer wall of the chamber (1) is cooled by the water flow (8). The atoms (9) released into the vacuum from the heated Ge or the like (5) are taken in from the surface of the film (4) of the dispersion medium (A) (3) in which the surfactant is dissolved. Ge nanoparticles (10) are formed. Next, the dispersion medium (A) (3) in which Ge nanoparticles (10) such as Ge are dispersed is dispersed in the dispersion medium (A) (3) at the bottom of the chamber (1) as the chamber (1) rotates. At the same time, a new “dispersion medium (A) (3) membrane (4)” is fed to the top of the chamber (1).

この過程を継続することによって、チャンバー(1)の底部にある分散媒(A)(3)は、Ge等(5)のGeナノ粒子が高濃度に分散した分散体になっていく。   By continuing this process, the dispersion medium (A) (3) at the bottom of the chamber (1) becomes a dispersion in which Ge nanoparticles such as Ge (5) are dispersed at a high concentration.

真空蒸着法の作用・原理は明らかではないが、Ge等の気体は、気相で凝集せずに直接界面活性剤で液面が覆われた分散媒(A)中に取り込まれ、分散媒(A)中で凝集が起こり、ある程度の平均粒径を有するようになった時点で、その凝集粒子は界面活性剤によって取り囲まれ、Geナノ粒子として安定化するものと考えられる。   Although the action and principle of the vacuum deposition method are not clear, a gas such as Ge is not directly aggregated in the gas phase but is directly taken into the dispersion medium (A) whose surface is covered with a surfactant, and the dispersion medium ( When aggregation occurs in A) and it has a certain average particle diameter, it is considered that the aggregated particles are surrounded by the surfactant and stabilized as Ge nanoparticles.

<Geナノ粒子分散液>
本発明のGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法を使用することによって、分散媒(C)にGe等のGeナノ粒子が分散されたGeナノ粒子分散液が得られる。本発明の分散媒置換方法によれば、分散媒置換後のGeナノ粒子分散液中のGeナノ粒子の平均粒径が、分散媒置換前の上記Ge粒子分散体中のGeナノ粒子の平均粒径に対して1.2倍以下とすることができる。本発明の他の態様は、分散媒置換後の上記Geナノ粒子分散液中のGeナノ粒子の平均粒径が、分散媒置換前の上記Geナノ粒子分散体中のGeナノ粒子の平均粒径に対して1.2倍以下であるGeナノ粒子分散液である。更に、1.1倍以下にすることも可能である。本発明のGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法は分散維持性に優れている。
<Ge nanoparticle dispersion>
By using the dispersion medium substitution method of the Ge nanoparticle dispersion of the present invention, a Ge nanoparticle dispersion liquid in which Ge nanoparticles such as Ge are dispersed in the dispersion medium (C) is obtained. According to the dispersion medium replacement method of the present invention, the average particle diameter of the Ge nanoparticles in the Ge nanoparticle dispersion after the dispersion medium replacement is the average particle diameter of the Ge nanoparticles in the Ge particle dispersion before the dispersion medium replacement. It can be 1.2 times or less with respect to the diameter. In another aspect of the present invention, the average particle diameter of the Ge nanoparticles in the Ge nanoparticle dispersion after the dispersion medium substitution is the average particle diameter of the Ge nanoparticles in the Ge nanoparticle dispersion before the dispersion medium substitution. It is a Ge nanoparticle dispersion liquid that is 1.2 times or less of that. Furthermore, it is possible to make it 1.1 times or less. The dispersion medium replacement method for the Ge nanoparticle dispersion of the present invention is excellent in dispersion maintenance.

ここで、Geナノ粒子の平均粒径は、10万倍の透過型電子顕微鏡写真を用いて、無作為に100個のGeナノ粒子を選択して、その直径を測定し平均をとることによって求めた。   Here, the average particle diameter of the Ge nanoparticles is obtained by randomly selecting 100 Ge nanoparticles using a transmission electron micrograph of 100,000 times, measuring the diameter, and taking the average. It was.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その
要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.

製造例1
<Geナノ粒子分散体の調製>
分散媒(A)としてライオン拡散ポンプ油(A)(ライオン社製)380gを用い、それに、ポリイソブテニルコハク酸四アミンイミド(三洋化成工業社製)を20g添加し撹拌した。ライオン拡散ポンプ油(A)は、炭素数12〜16個のアルキル基を有するアルキルナフタレンである。
Production Example 1
<Preparation of Ge nanoparticle dispersion>
Using 380 g of Lion diffusion pump oil (A) (manufactured by Lion Corporation) as a dispersion medium (A), 20 g of polyisobutenyl succinic acid tetraamine imide (manufactured by Sanyo Chemical Industries) was added and stirred. Lion diffusion pump oil (A) is an alkylnaphthalene having an alkyl group having 12 to 16 carbon atoms.

図1に示す装置を用いて分散液を製造した。容器(6)内に、ゲルマニウム(Ge)粒を入れ、回転ドラム式のチャンバー(1)内に上記分散媒(A)を入れた。真空ポンプで吸引することによって、チャンバー(1)内の圧力を、10-3Paに到達させた。次いで、チャンバー(1)を水流(7)で冷却させながら回転させ、ゲルマニウム(Ge)が溶解・蒸発するまで加熱した。 A dispersion was produced using the apparatus shown in FIG. In the vessel (6), germanium (Ge) particles were put, and the dispersion medium (A) was put in the rotating drum type chamber (1). By suctioning with a vacuum pump, the pressure in the chamber (1) was allowed to reach 10 −3 Pa. Next, the chamber (1) was rotated while being cooled with a water flow (7), and heated until germanium (Ge) was dissolved and evaporated.

ゲルマニウム(Ge)粒は溶解し、ゲルマニウム(Ge)の気体は、界面活性剤が溶解された分散媒(A)の表面に蒸着され、界面活性剤に取り込まれることで、ゲルマニウム(Ge)のGeナノ粒子が分散されたGeナノ粒子分散体が形成された。透過型電子顕微鏡観察により、平均粒径2nm〜15nm程度のGeナノ粒子が凝集することなく分散されていることが確認できた。   The germanium (Ge) particles are dissolved, and the gas of germanium (Ge) is deposited on the surface of the dispersion medium (A) in which the surfactant is dissolved, and is taken into the surfactant, whereby germanium (Ge) Ge. A Ge nanoparticle dispersion in which nanoparticles were dispersed was formed. By observation with a transmission electron microscope, it was confirmed that Ge nanoparticles having an average particle diameter of about 2 nm to 15 nm were dispersed without aggregation.

<ゲルマニウム(Ge)のGeナノ粒子分散体の分散媒置換方法>
上記で調製した、Geナノ粒子分散体50gに、液体(B)としてメチルエチルケトン(MEK)を加え、全体で500mLになるように調製し、撹拌後、25℃で1日間、静置したところ、Geナノ粒子は沈降した。沈降したGeナノ粒子は、分散媒(A)であるアルキルナフタレンが溶解したMEKと完全に相分離した。
<Dispersion medium replacement method of germanium (Ge) Ge nanoparticle dispersion>
To 50 g of the Ge nanoparticle dispersion prepared above, methyl ethyl ketone (MEK) was added as a liquid (B) to prepare a total of 500 mL. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 1 day. The nanoparticles settled. The precipitated Ge nanoparticles were completely phase separated from MEK in which alkylnaphthalene as the dispersion medium (A) was dissolved.

上澄の「分散媒(A)が溶解したMEK」をデカンテーションで捨て、再びMEKを添加し、10時間静置した。再度、デカンテーションをすることで、分散媒(A)をほぼ除去した。   The supernatant “MEK in which the dispersion medium (A) was dissolved” was discarded by decantation, MEK was added again, and the mixture was allowed to stand for 10 hours. The dispersion medium (A) was almost removed by decanting again.

MEKを、5mL程度になるまで、30℃で減圧留去した。次いで、少量のMEK中で沈降したGeナノ粒子に、分散媒(B)としてトルエンを加えた。Geナノ粒子は、トルエン中に良好に再分散した。これによって、アルキルナフタレン〔分散媒(A)〕を、汎用の分散媒であるトルエン〔分散媒(B)〕に置換することができ、最終的に、Geナノ粒子がトルエンに分散したGeナノ粒子分散液が調製できた。   MEK was distilled off under reduced pressure at 30 ° C. until about 5 mL. Next, toluene was added as a dispersion medium (B) to Ge nanoparticles precipitated in a small amount of MEK. The Ge nanoparticles re-dispersed well in toluene. As a result, alkylnaphthalene [dispersion medium (A)] can be replaced with general-purpose dispersion medium toluene [dispersion medium (B)]. Finally, Ge nanoparticles in which Ge nanoparticles are dispersed in toluene A dispersion was prepared.

透過型電子顕微鏡観察により、Geナノ粒子は、分散媒置換前後で平均粒径をほぼ変えることなく(平均粒径で、1.2倍以下で)、安定したGeナノ粒子分散液が得られたことを確認した。すなわち、分散媒置換後でも平均粒径2nm〜18nm程度のGeナノ粒子が凝集することなく分散されていることが確認できた。
分散媒置換前後で、Geナノ粒子の平均粒径は殆ど変化しておらず、分散媒を置換しても凝集することなく分散されていることが透過型電子顕微鏡観察により確認できた。
By observation with a transmission electron microscope, a stable Ge nanoparticle dispersion liquid was obtained without changing the average particle diameter before and after the dispersion medium substitution (average particle diameter is 1.2 times or less). It was confirmed. That is, it was confirmed that Ge nanoparticles having an average particle diameter of about 2 nm to 18 nm were dispersed without aggregation even after the dispersion medium substitution.
The average particle diameter of the Ge nanoparticles hardly changed before and after the dispersion medium substitution, and it was confirmed by observation with a transmission electron microscope that the particles were dispersed without being aggregated even when the dispersion medium was substituted.

<Geナノ粒子を含む塗布液の調製>
上記で得られたGeナノ粒子分散媒置換体を用いて、固形分22質量%の塗布液を調製した。
上記塗布液を用いて、基材上にパターン状に印刷して半導体基材を作製し、半導体性能の評価を行った。
<Preparation of coating solution containing Ge nanoparticles>
A coating liquid having a solid content of 22% by mass was prepared using the Ge nanoparticle dispersion medium substitute obtained above.
Using the coating solution, a semiconductor substrate was produced by printing in a pattern on the substrate, and the semiconductor performance was evaluated.

評価方法
各実施例及び比較例で得られた半導体基材について、移動度及びキャリア密度によって評価した。評価方法は以下のとおりである。
(キャリア密度の測定方法及び半導体移動度の測定方法)
成書「半導体評価技術」(河東田隆編著 産業図書株式会社発行)p222〜225に記載のvan der Pauw法に準拠し、全面にGe膜が塗布された1cm四方の試料の4隅に、銀ペーストを用いて電極を形成した試料片を作製し、測定に用いた。
Evaluation Method The semiconductor substrates obtained in each Example and Comparative Example were evaluated based on mobility and carrier density. The evaluation method is as follows.
(Measurement method of carrier density and measurement method of semiconductor mobility)
In accordance with the van der Pauw method described in the book “Semiconductor Evaluation Technology” (published by Takashi Katoda, Sangyo Tosho Co., Ltd.), p. A sample piece having an electrode formed thereon was prepared and used for measurement.

実施例1
上記Geナノ粒子含有塗布液を0.188mm厚のPET基材(東レ社製、ルミラーU34)上に、インクジェット印刷(FUJIFILM Dimatix社製 DMP−2831)により塗布膜をパターン状に形成した後、水素プラズマ処理により還元し半導体基材を得た。
なお、水素プラズマ処理は、装置としてキヤノンアネルバエンジニアリング社製の「PED−350特型」、搬送用の基板として6インチのSiウェハを使用し、その上に5cm×2cmサイズのPET基材をポリイミド粘着テープ(日東電工社製No.360UL)で接着固定した。チャンバー内圧力を10Paとして、使用ガスとして、アルゴン/水素=96/4(体積比)の混合ガスを用い、流量を100ml/分とし、高周波電力を500W、プラズマ処理時間を15分(5分間照射後10分間放置)として、これを3回繰り返した。
上記半導体について、膜厚を触針式表面形状測定器(アルバック社製Dektak6M)により測定したところ、0.7μmであった。また、Mitsubishi Chemical Co.製 Loresta Gp(MCP−T610)を用い、JIS K7194に準拠して、表面抵抗率を測定した。表面抵抗は、3×10+5Ω/□であった。また、Van der Pauw法により移動度を測定したところ、約5cm2/Vsであった。また、キャリア密度は、約1017/cm3であった。
Example 1
The Ge nanoparticle-containing coating solution was formed into a pattern on a 0.188 mm thick PET substrate (Toray Co., Ltd. Lumirror U34) by inkjet printing (FUJIFILM Dimatix DMP-2831), and then hydrogenated. Reduction by plasma treatment gave a semiconductor substrate.
The hydrogen plasma treatment uses “PED-350 Special Type” manufactured by Canon Anelva Engineering Co., Ltd. as an apparatus, and a 6-inch Si wafer as a transfer substrate, and a 5 cm × 2 cm size PET base material is polyimide on it. The adhesive was fixed with an adhesive tape (No. 360UL manufactured by Nitto Denko Corporation). The pressure in the chamber is 10 Pa, the gas used is a mixed gas of argon / hydrogen = 96/4 (volume ratio), the flow rate is 100 ml / min, the high-frequency power is 500 W, and the plasma treatment time is 15 minutes (5 minutes irradiation) This was repeated three times as it was left for 10 minutes.
About the said semiconductor, when the film thickness was measured with the stylus type surface shape measuring device (Dektak6M by ULVAC, Inc.), it was 0.7 micrometer. In addition, Mitsubishi Chemical Co. The surface resistivity was measured using Loresta Gp (MCP-T610) manufactured according to JIS K7194. The surface resistance was 3 × 10 +5 Ω / □. Moreover, when the mobility was measured by the Van der Pauw method, it was about 5 cm 2 / Vs. The carrier density was about 10 17 / cm 3 .

実施例2
上記Geナノ粒子含有塗布液を0.75mm厚の石英基材(旭硝子社製、合成石英AQ)上に、インクジェット印刷(FUJIFILM Dimatix社製 DMP−2831)により塗布膜をパターン状に形成した後、大気中で350℃60分間熱処理した。その後、水素ガスを用いた還元性雰囲気下650℃で、還元し半導体基材を得た。
なお、還元は、10℃/分で昇温し、650℃30分保持し、その後空冷した。還元ガスとして、アルゴン/水素=96/4(体積比)の混合ガスを使用した。
上記半導体について、膜厚を触針式表面形状測定器(アルバック社製Dektak6M)により測定したところ、1.4μmであった。また、Mitsubishi Chemical Co.製 Loresta Gp(MCP−T610)を用い、JIS K7194に準拠して、表面抵抗率を測定した。表面抵抗は、4×10+4Ω/□であった。また、van der Pauw法により移動度を測定したところ、約9cm2/Vsであった。また、キャリア密度は、約1016/cm3であった。
Example 2
After the Ge nanoparticle-containing coating solution was formed into a pattern on a 0.75 mm thick quartz substrate (Asahi Glass Co., Ltd., synthetic quartz AQ) by ink-jet printing (FUJIFILM Digitix DMP-2831), Heat treatment was performed at 350 ° C. for 60 minutes in the air. Then, it reduced at 650 degreeC by the reducing atmosphere using hydrogen gas, and obtained the semiconductor base material.
In the reduction, the temperature was raised at 10 ° C./min, held at 650 ° C. for 30 minutes, and then air-cooled. As a reducing gas, a mixed gas of argon / hydrogen = 96/4 (volume ratio) was used.
About the said semiconductor, when the film thickness was measured with the stylus type surface shape measuring device (Dektak6M by ULVAC, Inc.), it was 1.4 micrometers. In addition, Mitsubishi Chemical Co. The surface resistivity was measured using Loresta Gp (MCP-T610) manufactured according to JIS K7194. The surface resistance was 4 × 10 +4 Ω / □. Moreover, when the mobility was measured by the van der Pauw method, it was about 9 cm 2 / Vs. The carrier density was about 10 16 / cm 3 .

実施例3
塗布液を、簡易グラビア印刷機(GP−2、倉敷紡績社製)にて、0.075mm厚のポリイミドフィルム(商品名:カプトン300H、東レ・デュポン製)に、パターンを印刷し大気中で350℃60分間熱処理した。その後、水素プラズマ処理により還元し半導体基材を得た。
なお、水素プラズマ処理は、実施例1と同様に、装置としてキヤノンアネルバエンジニアリング社製の「PED−350特型」、搬送用の基板として6インチのSiウエハを使用し、その上に5cm×2cmサイズのPET基材をポリイミド粘着テープ(日東電工社製No.360UL)で接着固定した。チャンバー内圧力を10Paとして、使用ガスとして、アルゴン/水素=96/4(体積比)の混合ガスを用い、流量を100ml/分とし、高周波電力を500Wとして、プラズマ処理時間を15分として実施した。
上記半導体について、膜厚を触針式表面形状測定器(アルバック社製Dektak6M)により測定したところ、0.8μmであった。また、Mitsubishi Chemical Co.製 Loresta Gp(MCP−T610)を用い、JIS K7194に準拠して、表面抵抗率を測定した。表面抵抗は、8×10+4Ω/□であった。また、van der Pauw法により移動度を測定したところ、約8cm2/Vsであった。また、キャリア密度は、約1016/cm3であった。
Example 3
The coating liquid is printed on a 0.075 mm-thick polyimide film (trade name: Kapton 300H, manufactured by Toray DuPont) with a simple gravure printing machine (GP-2, Kurashiki Spinning Co., Ltd.) and 350 in the atmosphere. Heat treatment was performed at 60 ° C. for 60 minutes. Then, it reduced by hydrogen plasma processing and obtained the semiconductor substrate.
As in Example 1, the hydrogen plasma treatment uses “PED-350 special type” manufactured by Canon Anelva Engineering Co., Ltd. as an apparatus, and a 6-inch Si wafer as a transfer substrate, and 5 cm × 2 cm thereon. The size PET substrate was adhered and fixed with a polyimide adhesive tape (Nitto Denko No. 360UL). The pressure in the chamber was set to 10 Pa, the gas used was a mixed gas of argon / hydrogen = 96/4 (volume ratio), the flow rate was 100 ml / min, the high-frequency power was 500 W, and the plasma treatment time was 15 minutes. .
About the said semiconductor, when the film thickness was measured with the stylus type surface shape measuring device (Dektak6M by ULVAC, Inc.), it was 0.8 micrometer. In addition, Mitsubishi Chemical Co. The surface resistivity was measured using Loresta Gp (MCP-T610) manufactured according to JIS K7194. The surface resistance was 8 × 10 +4 Ω / □. Moreover, when the mobility was measured by the van der Pauw method, it was about 8 cm 2 / Vs. The carrier density was about 10 16 / cm 3 .

本発明は、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を用いた薄膜半導体が、生産性よく、低コストで製造できる実用性が高い半導体基材の製造方法であり、液晶等ディスプレイ用TFT半導体や、太陽電池、センサー等に有効に利用できる。   The present invention is a method for producing a semiconductor substrate with high practicality that a thin film semiconductor using germanium (Ge) nanoparticles can be produced with high productivity and at low cost. A TFT semiconductor for a display such as a liquid crystal, a solar cell, It can be used effectively for sensors.

本発明の半導体基材の製造方法に用いるGeナノ粒子の製造方法の一例に使用される装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the apparatus used for an example of the manufacturing method of Ge nanoparticle used for the manufacturing method of the semiconductor base material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバー
2 固定軸
3 界面活性剤が溶解された分散媒(A)
4 界面活性剤が溶解された分散媒(A)の膜
5 金属等
6 容器
7 水流
8 回転方向
9 原子
10 Geナノ粒子
1 Chamber 2 Fixed shaft 3 Dispersing medium in which surfactant is dissolved (A)
4 Dispersion medium (A) film in which surfactant is dissolved 5 Metal etc. 6 Container 7 Water flow 8 Rotating direction 9 Atom 10 Ge nanoparticle

Claims (7)

基材上に、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成する半導体基材の製造方法であって、該焼成が、還元性雰囲気下で600℃以上の加熱を施すことによるものであり、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子が、界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体を、該界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体に加えることによって、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものであり、該界面活性剤が非イオン界面活性剤である半導体基材の製造方法。   A method for producing a semiconductor substrate, comprising: printing a coating solution containing germanium (Ge) nanoparticles in a pattern on a substrate to form a printed layer; and firing the printed layer to form a patterned semiconductor layer. The firing is by heating at 600 ° C. or higher in a reducing atmosphere, and the germanium (Ge) nanoparticles are dispersed in the dispersion medium (A) in the presence of a surfactant. A liquid in which a germanium (Ge) nanoparticle dispersion dispersed with an average particle size of 100 nm or less is incompatible with the surfactant at an arbitrary ratio and compatible with the dispersion medium (A) at a certain ratio. (B) is added to the germanium (Ge) nanoparticle dispersion to settle the germanium (Ge) nanoparticles and remove the supernatant dispersion medium (A). Dispersion medium replacement method Are those obtained through the method of manufacturing the semiconductor substrate, wherein said surfactant is a nonionic surfactant. 基材上に、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を含む塗布液をパターン状に印刷して印刷層を形成した後、該印刷層を焼成してパターン状の半導体層を形成する半導体基材の製造方法であって、該焼成に、水素プラズマ法を用い、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子が、界面活性剤の存在下に分散媒(A)中に、平均粒径100nm以下で分散されているゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体を、該界面活性剤とは任意の割合で相溶せず、かつ分散媒(A)とはある割合では相溶する液体(B)を、ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体に加えることによって、該ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子を沈降させ、上澄みの分散媒(A)を除く過程を有するゲルマニウム(Ge)ナノ粒子分散体の分散媒置換方法を経て得られたものであり、該界面活性剤が非イオン界面活性剤である、ことを特徴とする半導体基材の製造方法。   A method for producing a semiconductor substrate, comprising: printing a coating solution containing germanium (Ge) nanoparticles in a pattern on a substrate to form a printed layer; and firing the printed layer to form a patterned semiconductor layer. In the firing, a hydrogen plasma method is used, and the germanium (Ge) nanoparticles are dispersed in a dispersion medium (A) in the presence of a surfactant with an average particle diameter of 100 nm or less ( A liquid (B) that is incompatible with the surfactant in any proportion with the Ge) nanoparticle dispersion and is compatible with the dispersion medium (A) in a certain proportion is dispersed in germanium (Ge) nanoparticles. It is obtained through a dispersion medium replacement method for a germanium (Ge) nanoparticle dispersion having a process of sedimenting the germanium (Ge) nanoparticles by adding to the body and removing the supernatant dispersion medium (A). , The surfactant A non-ionic surfactant, a method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that. 前記ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子の粒径が1〜100nmである、請求項1又は2に記載の半導体基材の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor substrate of Claim 1 or 2 whose particle size of the said germanium (Ge) nanoparticle is 1-100 nm. 前記ゲルマニウム(Ge)ナノ粒子が、少なくとも表面が酸化されている、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体基材の製造方法。   The method for producing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein at least the surface of the germanium (Ge) nanoparticles is oxidized. 前記基材が、Siウェハ、石英ガラス、及びセラミック基材から選択されてなる、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体基材の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor base material in any one of Claims 1-4 with which the said base material is selected from Si wafer, quartz glass, and a ceramic base material. 前記基材が、融点が200℃以上のプラスチックフィルムからなる、請求項2〜4のいずれかに記載の半導体基材の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor base material in any one of Claims 2-4 which the said base material consists of a plastic film whose melting | fusing point is 200 degreeC or more. 前記分散媒(A)が、25℃での蒸気圧が10-10Pa〜10-5Paであり、かつ前記非イオン界面活性剤の濃度が分散媒(A)100質量部に対して、0.3〜50質量部である請求項1〜6のいずれかに記載の半導体基材の製造方法。 The dispersion medium (A) has a vapor pressure of 10 −10 Pa to 10 −5 Pa at 25 ° C., and the concentration of the nonionic surfactant is 0 with respect to 100 parts by mass of the dispersion medium (A). the method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 .3~ 50 parts by weight.
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