JP6708379B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、半導体素子とその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

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

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

半導体素子の中でダイオードは、電源回路、静電気保護回路あるいはロジック回路等、様々な用途に利用される重要素子であり、塗布法を用いたダイオードは、低コストのエレクトロニクスの実用化には必須の素子である。 Among semiconductor elements, diodes are important elements used in various applications such as power supply circuits, static electricity protection circuits, and logic circuits, and diodes using the coating method are indispensable for the practical application of low-cost electronics. It is an element.

ダイオードの1つの形態として、半導体の伝導帯または価電子帯のエネルギー準位と導体のフェルミエネルギーとの差(ショットキーバリア)を利用して整流作用を発現するショットキーダイオードがある。一般的には、ショットキーダイオードは半導体と半導体に接合された仕事関数の異なる2種類の導体とから構成される。ショットキーダイオードは、一方の方向に流れる電流に対してはショットキー障壁が存在し、反対方向に流れる電流に対してはオーミック接合となるように材料が選択されている。 As one form of a diode, there is a Schottky diode that exhibits a rectifying action by utilizing a difference (Schottky barrier) between an energy level of a conduction band or a valence band of a semiconductor and a Fermi energy of a conductor. Generally, a Schottky diode is composed of a semiconductor and two kinds of conductors having different work functions which are joined to the semiconductor. The material of the Schottky diode is selected so that a Schottky barrier exists for a current flowing in one direction and an ohmic junction is formed for a current flowing in the opposite direction.

特許文献2には、インジウム・スズ酸化物(ITO)と半導体との間に有機薄膜を形成することで、ショットキーバリアを形成することが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a Schottky barrier is formed by forming an organic thin film between indium tin oxide (ITO) and a semiconductor.

国際公開第2005/088726号International Publication No. 2005/088726 特開2005−294785号公報JP, 2005-294785, A

無機半導体の場合、薄膜の成膜温度として約300度以上の高温を必要とする。このため、無機半導体の成膜にはガラス基板やシリコンウエハを基板として用いなければならず、耐衝撃性及びフレキシブル性が望まれる樹脂基板などへの応用は極めて困難である。例えば、特許文献2に記載された構成を有するダイオードは、形成後の熱処理に500℃以上の高温が必要であるため、柔軟な樹脂基材上に形成することができない。 In the case of an inorganic semiconductor, a high temperature of about 300 degrees or higher is required as a film forming temperature of a thin film. Therefore, it is necessary to use a glass substrate or a silicon wafer as a substrate for forming the inorganic semiconductor film, and it is extremely difficult to apply it to a resin substrate or the like, which is required to have impact resistance and flexibility. For example, the diode having the configuration described in Patent Document 2 cannot be formed on a flexible resin base material because a heat treatment after formation requires a high temperature of 500° C. or higher.

そこで、本発明は、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで製造可能であり、より高い周波数を整流することができる半導体素子とその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor element that can be manufactured by a non-vacuum process and a low temperature process, and can rectify a higher frequency, and a manufacturing method thereof.

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

すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔1〕
第一電極と、
電子供与性置換基である機能部を有する有機物を含む、該第一電極上に形成された有機層と、
該有機層上に形成された、無機半導体粒子及び比誘電率が10以上、150以下の有機誘電体を含む半導体層と、
該半導体層上に形成された第二電極と、を備えた半導体素子であって、
前記有機誘電体の含有量が、前記半導体層の総量に対して、0.5〜90質量%であり、
前記無機半導体粒子の含有量が、前記半導体層の総量に対して、10〜99.5質量%である、
半導体素子。
〔2〕
前記無機半導体粒子が、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる1種以上を含む、〔1〕に記載の半導体素子。
〔3〕
前記有機誘電体が、フッ素系樹脂、水酸基含有有機化合物、及びシアノ基含有有機化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、〔1〕又は〔2〕に記載の半導体素子。
〔4〕
前記有機誘電体が、シアノ基含有有機化合物を含む、〔3〕に記載の半導体素子。
〔5〕
前記有機層が、硫黄原子を含む有機物を含む、〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の半導体素子。
〔6〕
前記有機層が、硫黄原子を含む構造を有する結合部と、前記機能部と、前記結合部と前記機能部との間の、アルキル鎖、パーフルオロアルキル鎖、ポリエチレンオキシド鎖、又はポリプロピレンオキシド鎖の一つ以上を含むリンカー部と、を有する前記有機物を含む、〔5〕に記載の半導体素子。
〔7〕
前記有機層の膜厚が、0.1nm以上、10nm以下である、〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の半導体素子。
〔8〕
前記半導体素子が、ダイオードである、〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の半導体素子。
〔9〕
無機半導体粒子と、比誘電率が10以上150以下の有機誘電体と、1種以上の溶媒と、を含む塗布液を、電子供与性置換基である機能部を有する有機物を含む有機層と電極とを備える基板に塗布し塗布膜を得る塗布工程と、
前記塗布膜を20℃以上300℃以下の乾燥温度で乾燥させて、前記塗布膜から前記溶媒の少なくとも一部を除去し、半導体層を形成する乾燥工程と、
形成された半導体層上にさらに第二電極を形成する第二電極形成工程と、を含む、
半導体素子の製造方法。
〔10〕
前記無機半導体粒子が、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる1種以上を含み、
前記塗布液中の前記無機半導体粒子の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.1質量%以上、49.9質量%以下であり、
前記塗布液中の前記有機誘電体の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.1質量%以上、49.9質量%以下であり、
前記塗布液中の前記溶媒の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.2質量%以上、99.8質量%以下である、〔9〕に記載の半導体素子の製造方法。
〔11〕
前記有機層が、硫黄原子を含む構造を有する結合部と、前記機能部と、前記結合部と前記機能部との間の、アルキル鎖、パーフルオロアルキル鎖、ポリエチレンオキシド鎖、又はポリプロピレンオキシド鎖の一つ以上を含むリンカー部と、を有する前記有機物を含む、〔9〕又は〔10〕に記載の半導体素子の製造方法。
〔12〕
前記基板が有機材料であり、当該半導体素子としてダイオードを形成する、〔9〕〜〔11〕のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
〔13〕
前記有機誘電体が、フッ素系樹脂、水酸基含有有機化合物、及びシアノ基含有有機化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、〔9〕〜〔12〕のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
〔14〕
前記有機誘電体が、シアノ基含有有機化合物を含む、〔13〕に記載の半導体素子の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A first electrode,
An organic layer formed on the first electrode , containing an organic substance having a functional part that is an electron-donating substituent ,
A semiconductor layer formed on the organic layer, containing inorganic semiconductor particles and an organic dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more and 150 or less;
A semiconductor element comprising a second electrode formed on the semiconductor layer,
The content of the organic dielectric is 0.5 to 90 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer,
The content of the inorganic semiconductor particles is 10 to 99.5 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer,
Semiconductor device.
[2]
The semiconductor element according to [1], wherein the inorganic semiconductor particles contain at least one selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles.
[3]
The semiconductor element according to [1] or [2], wherein the organic dielectric contains at least one selected from the group consisting of a fluororesin, a hydroxyl group-containing organic compound, and a cyano group-containing organic compound.
[4]
The semiconductor element according to [3], wherein the organic dielectric contains a cyano group-containing organic compound.
[5]
The semiconductor element according to any one of [1] to [4], wherein the organic layer contains an organic substance containing a sulfur atom.
[6]
The organic layer, and a coupling portion having a structure containing a sulfur atom, and the functional unit, between said coupling portion and the functional portion, the alkyl chain, perfluoroalkyl chains, polyethylene oxide chains, or polypropylene oxide chains The semiconductor device according to [5], including the organic substance having one or more linker parts.
[7]
The semiconductor element according to any one of [1] to [6], wherein the film thickness of the organic layer is 0.1 nm or more and 10 nm or less.
[8]
The semiconductor element according to any one of [1] to [7], wherein the semiconductor element is a diode.
[9]
An organic layer and an electrode containing an organic material having a functional part which is an electron-donating substituent , and a coating solution containing inorganic semiconductor particles, an organic dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more and 150 or less, and one or more solvents. A coating step of applying a substrate to obtain a coating film;
A drying step of drying the coating film at a drying temperature of 20° C. or higher and 300° C. or lower to remove at least a part of the solvent from the coating film to form a semiconductor layer;
A second electrode forming step of further forming a second electrode on the formed semiconductor layer,
Manufacturing method of semiconductor device.
[10]
The inorganic semiconductor particles include at least one selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles,
The content of the inorganic semiconductor particles in the coating liquid is 0.1% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid,
The content of the organic dielectric in the coating liquid is 0.1% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid,
The method for manufacturing a semiconductor element according to [9], wherein the content of the solvent in the coating liquid is 0.2% by mass or more and 99.8% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid.
[11]
The organic layer, and a coupling portion having a structure containing a sulfur atom, and the functional unit, between said coupling portion and the functional portion, the alkyl chain, perfluoroalkyl chains, polyethylene oxide chains, or polypropylene oxide chains The method for manufacturing a semiconductor device according to [9] or [10], including the organic substance having one or more linker parts.
[12]
The method for manufacturing a semiconductor element according to any one of [9] to [11], wherein the substrate is an organic material and a diode is formed as the semiconductor element.
[13]
The semiconductor element according to any one of [9] to [12], wherein the organic dielectric contains at least one selected from the group consisting of a fluororesin, a hydroxyl group-containing organic compound, and a cyano group-containing organic compound. Manufacturing method.
[14]
The method for manufacturing a semiconductor element according to [13], wherein the organic dielectric contains a cyano group-containing organic compound.

本発明によれば、非真空系プロセスでかつ低温プロセスで製造可能であり、より高い周波を整流することができる半導体素子とその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor element that can be manufactured by a non-vacuum process and a low temperature process, and can rectify higher frequencies, and a manufacturing method thereof.

本実施形態のショットキーダイオード100の断面を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the cross section of the Schottky diode 100 of this embodiment. 有機層に含まれる有機物の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the organic substance contained in an organic layer. 実施例1(実線)の半導体素子の電流−電圧特性(整流性)を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic (rectification|straightening property) of the semiconductor element of Example 1 (solid line). 100Hzの交流信号を実施例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示すグラフである。5 is a graph showing the results of dynamic characteristics when an AC signal of 100 Hz is input to the diode of Example 1. 1MHzの交流信号を実施例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示すグラフである。5 is a graph showing the results of dynamic characteristics when an AC signal of 1 MHz is input to the diode of Example 1. 0.1Hzの交流信号を比較例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示すグラフである。7 is a graph showing the results of dynamic characteristics when an AC signal of 0.1 Hz is input to the diode of Comparative Example 1.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary, but the present invention is not limited thereto and the gist thereof. Various modifications are possible without departing from the above. In the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

〔半導体素子〕
本実施形態の半導体素子は、第一電極と、有機層と、無機半導体粒子及び比誘電率が3以上、150以下の有機化合物(以下、「有機誘電体」ともいう。)を含む半導体層と、第二電極と、を備えた半導体素子であって、前記有機化合物の含有量が、前記半導体層の総量に対して、0.5〜90質量%であり、前記無機半導体粒子の含有量が、前記半導体層の総量に対して、10〜99.5質量%である。
[Semiconductor element]
The semiconductor device of this embodiment includes a first electrode, an organic layer, and a semiconductor layer containing inorganic semiconductor particles and an organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less (hereinafter, also referred to as “organic dielectric”). A second electrode, wherein the content of the organic compound is 0.5 to 90 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer, and the content of the inorganic semiconductor particles is , 10 to 99.5 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer.

図1に、本実施形態のショットキーダイオード100の断面を模式的に示す概略構成図を示す。ショットキーダイオード200は、基板4と、基板4の上に形成された第一電極3と、第一電極3の上に形成された有機層5と、有機層5の上に形成された半導体層2と、半導体層2の上に形成された第二電極1と、を備える。半導体層2及び有機層5は、第一電極3及び第二電極1の間に形成されており、半導体層2は、無機半導体粒子21が有機誘電体22中に分散する形態を有する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a cross section of the Schottky diode 100 of this embodiment. The Schottky diode 200 includes a substrate 4, a first electrode 3 formed on the substrate 4, an organic layer 5 formed on the first electrode 3, and a semiconductor layer formed on the organic layer 5. 2 and a second electrode 1 formed on the semiconductor layer 2. The semiconductor layer 2 and the organic layer 5 are formed between the first electrode 3 and the second electrode 1, and the semiconductor layer 2 has a form in which the inorganic semiconductor particles 21 are dispersed in the organic dielectric 22.

〔第一電極及び第二電極〕
第一電極及び第二電極の各材料としては、特に限定されず、半導体素子の電極として一般的に用いることができるものが挙げられ、より具体的には、金属、導電性セラミック材料、炭素、導電性有機材料が挙げられる。このなかでも、無機半導体粒子と良好な接合や密着性を得る観点から、金、銀、アルミニウム、銅、ITOが好ましい。
[First electrode and second electrode]
Each material of the first electrode and the second electrode is not particularly limited, and examples thereof include those that can be generally used as an electrode of a semiconductor element, and more specifically, a metal, a conductive ceramic material, carbon, Conductive organic materials are mentioned. Among these, gold, silver, aluminum, copper, and ITO are preferable from the viewpoint of obtaining good bonding and adhesiveness with the inorganic semiconductor particles.

〔半導体層〕
図1に、本実施形態のショットキーダイオード100の断面を模式的に示す概略構成図を示す。図1に示すように、半導体層は、無機半導体粒子と、比誘電率が3以上150以下の有機化合物と、を含み、必要に応じてその他の成分(図示せず)を含んでもよい。本実施形態の半導体素子は、無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体層を用いることにより、複数の課題を解決することができる。
[Semiconductor layer]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a cross section of the Schottky diode 100 of this embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor layer contains inorganic semiconductor particles and an organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, and may further contain other components (not shown) as necessary. The semiconductor device of this embodiment can solve a plurality of problems by using a semiconductor layer containing inorganic semiconductor particles and an organic dielectric.

まず、従来、無機半導体粒子を使用した半導体層では、無機半導体粒子表面に存在する欠陥が、トラップ準位となり、無機半導体粒子の半導体としての特性を劣化させるという問題がある。この問題の一部は、無機半導体粒子を含む半導体層を高温焼結(高温プロセス:温度300℃超過)することにより解決できる。しかしながら、高温焼結をした場合には、無機半導体粒子特有の物性(即ち、量子サイズ効果)の発現が困難になり、また、高温プロセスが必要となるため使用できる基材が限定されてしまうという点が問題として残る。また、低温プロセス(温度20〜300℃)で作製した無機半導体粒子からなる半導体層は、焼結されたものと比して、無機半導体粒子間の接触が不均一であり、キャリアの移動が遅くなる点が問題となる。しかしながら、低温プロセスの温度領域では、安い汎用樹脂が利用できるようになるため、低温プロセスにより、高性能の半導体層を形成できることは工業プロセス上非常に重要である。よって、低温プロセスで、かつ無機半導体粒子の表面の欠陥制御、キャリアの伝導パスの制御、電子状態等を制御する技術が必要となっている。 First, conventionally, in a semiconductor layer using inorganic semiconductor particles, there is a problem that defects existing on the surface of the inorganic semiconductor particles become trap levels and deteriorate the characteristics of the inorganic semiconductor particles as a semiconductor. Part of this problem can be solved by sintering the semiconductor layer containing the inorganic semiconductor particles at high temperature (high temperature process: temperature exceeds 300° C.). However, when high-temperature sintering is performed, it becomes difficult to exhibit the physical properties (that is, quantum size effect) peculiar to the inorganic semiconductor particles, and a high-temperature process is required, which limits the usable base material. The point remains as a problem. Further, a semiconductor layer made of inorganic semiconductor particles produced by a low temperature process (temperature 20 to 300° C.) has nonuniform contact between the inorganic semiconductor particles and slow carrier movement as compared with a sintered one. Is a problem. However, since low-priced general-purpose resins can be used in the temperature range of the low-temperature process, it is very important in the industrial process that a high-performance semiconductor layer can be formed by the low-temperature process. Therefore, there is a need for a technique for controlling defects on the surface of the inorganic semiconductor particles, controlling the conduction path of carriers, controlling the electronic state, etc. in a low temperature process.

上記課題に対して、本実施形態の半導体素子においては、半導体層において無機半導体粒子と有機誘電体とを併用することにより、欠陥がトラップ準位となることによるキャリア移動の阻害やキャリアの再結合を防止することができ、無機半導体粒子の表面の欠陥制御が可能となる。そのため、低温プロセスにより無機半導体粒子単独で半導体層を構成する場合と比べて、半導体層の電気抵抗を低減することができ、及び/又はキャリアの移動度を向上させることができる。 In the semiconductor device of the present embodiment, in order to solve the above problems, by using the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric together in the semiconductor layer, the carrier migration is hindered or the carriers are recombined due to the defect becoming a trap level. Can be prevented, and it becomes possible to control defects on the surface of the inorganic semiconductor particles. Therefore, the electric resistance of the semiconductor layer can be reduced and/or the carrier mobility can be improved, as compared with the case where the semiconductor layer is composed of the inorganic semiconductor particles alone by the low temperature process.

また、無機半導体粒子と有機誘電体とを併用することで、キャリアの伝導パスが増加する効果がある。無機半導体粒子だけで膜を形成すると、無機半導体粒子同士が接触していない箇所が多数発生する。これに対し、無機半導体粒子と有機誘電体とを併用することにより、疑似的に無機半導体粒子間の接触を増加させることができる。また、実際に無機半導体粒子同士が密接に接触していなくても、有機誘電体が無機半導体粒子同士の数nmの隙間に存在することにより、キャリアが半導体層内を通りぬけることが可能になると推測される。これにより、半導体層内に流れるキャリア量が増え、さらにキャリアが半導体層内を流れる時間も短くなる。 In addition, the combined use of the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric has the effect of increasing the conduction path of carriers. When the film is formed only of the inorganic semiconductor particles, many places where the inorganic semiconductor particles are not in contact with each other occur. On the other hand, by using the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric together, the contact between the inorganic semiconductor particles can be artificially increased. Also, even if the inorganic semiconductor particles are not in close contact with each other, the presence of the organic dielectric in the gap of several nm between the inorganic semiconductor particles makes it possible for carriers to pass through the semiconductor layer. Guessed. As a result, the amount of carriers flowing in the semiconductor layer increases, and the time for carriers to flow in the semiconductor layer also becomes shorter.

また、無機半導体粒子と有機誘電体とを併用することで、無機半導体粒子の周辺酸素(即ち、粒子界面の空壁に存在する空気)を遮断することができる。その結果、酸素で失活するキャリアを減らすことができるため、キャリア密度の向上や移動度の向上に寄与する。 Further, by using the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric in combination, it is possible to block oxygen around the inorganic semiconductor particles (that is, air existing in the empty wall at the particle interface). As a result, carriers deactivated by oxygen can be reduced, which contributes to improvement of carrier density and mobility.

また、無機半導体粒子と有機誘電体とを併用することで、半導体層の電子状態を制御できる可能性がある。特に、無機半導体粒子の誘電率と、無機半導体粒子周辺にある有機誘電体の誘電率とが近い値となる場合において、又は、無機半導体粒子の誘電率よりも無機半導体粒子周辺にある有機誘電体の誘電率の方が高くなる場合において、伝導準位の電子密度を上げることで、キャリアの移動に良い影響を及ぼす。その効果がより顕著となるのは、無機半導体粒子の誘電率と無機半導体粒子周辺にある有機誘電体の誘電率とが同じ値となるときである。 In addition, the combined use of the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric may possibly control the electronic state of the semiconductor layer. In particular, when the dielectric constant of the inorganic semiconductor particles and the dielectric constant of the organic dielectric around the inorganic semiconductor particles are close to each other, or the organic dielectric near the inorganic semiconductor particles is higher than the dielectric constant of the inorganic semiconductor particles. In the case where the dielectric constant of is higher, increasing the electron density of the conduction level has a good effect on the movement of carriers. The effect becomes more remarkable when the dielectric constants of the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric around the inorganic semiconductor particles have the same value.

半導体層中の無機半導体粒子の含有量は、ダイオード特性の観点から、半導体層の総量に対して、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上がさらに好ましく、40質量%以上がよりさらに好ましい。また、同様の観点から、半導体層中の無機半導体粒子の含有量は、半導体層の総量に対して、99.5質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、90質量%以下がさらに好ましく、80質量%以下がよりさらに好ましく、70質量%以下が極めて好ましい。 From the viewpoint of diode characteristics, the content of the inorganic semiconductor particles in the semiconductor layer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more, 40% from the total amount of the semiconductor layer. Even more preferably, it is at least mass %. From the same viewpoint, the content of the inorganic semiconductor particles in the semiconductor layer is preferably 99.5% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, and further preferably 90% by mass or less with respect to the total amount of the semiconductor layer. It is more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less.

半導体層中の有機誘電体の含有量は、ダイオード特性の観点から、半導体層の総量に対して、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましく、20質量%以上がよりさらに好ましく、30質量%以上が極めて好ましい。また、同様の観点から、半導体層中の有機誘電体の含有量は、半導体層の総量に対して、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましく、70質量%以下がさらに好ましく、60質量%以下がよりさらに好ましい。 From the viewpoint of diode characteristics, the content of the organic dielectric in the semiconductor layer is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, further preferably 10% by mass or more, based on the total amount of the semiconductor layer. , 20% by mass or more is more preferable, and 30% by mass or more is extremely preferable. From the same viewpoint, the content of the organic dielectric in the semiconductor layer is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, further preferably 70% by mass or less, based on the total amount of the semiconductor layer. It is even more preferably 60% by mass or less.

また、半導体層の層厚は、ダイオード特性の観点から、0.05μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、0.2μm以上がさらに好ましい。また、同様の観点から、半導体層の層厚は、500μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましい。 The layer thickness of the semiconductor layer is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and further preferably 0.2 μm or more, from the viewpoint of diode characteristics. From the same viewpoint, the layer thickness of the semiconductor layer is preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and further preferably 100 μm or less.

無機半導体粒子の密度によって、半導体層中に含まれる有機誘電体の質量%が変化する。よって、半導体層中の有機誘電体の体積%も重要である。半導体層のフレキシブル性や有機誘電体の効果を発現するために、半導体層中の有機誘電体の含有量は、10体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましい。また、同様の観点から、半導体層中の有機誘電体の含有量は、90体積%以下が好ましく、80体積%以下がより好ましい。また、半導体層中の無機半導体粒子の含有量は、10体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましい。また、同様の観点から、半導体層中の無機半導体粒子の含有量、は90体積%以下が好ましく、80体積%以下がより好ましい。 The mass% of the organic dielectric contained in the semiconductor layer changes depending on the density of the inorganic semiconductor particles. Therefore, the volume percentage of the organic dielectric in the semiconductor layer is also important. In order to exhibit the flexibility of the semiconductor layer and the effect of the organic dielectric, the content of the organic dielectric in the semiconductor layer is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more. From the same viewpoint, the content of the organic dielectric in the semiconductor layer is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. The content of the inorganic semiconductor particles in the semiconductor layer is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more. From the same viewpoint, the content of the inorganic semiconductor particles in the semiconductor layer is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less.

半導体層中の有機誘電体は、無機半導体粒子のバインダーとして機能し得る。キャリア移動の観点から、半導体層は、無機半導体粒子として、単一の金属酸化物粒子、単一のシリコン粒子、又は単一の化合物半導体粒子と、有機誘電体とのみから構成される層であることが好ましい。 The organic dielectric in the semiconductor layer can function as a binder for the inorganic semiconductor particles. From the viewpoint of carrier transfer, the semiconductor layer is a layer composed of only a single metal oxide particle, a single silicon particle, or a single compound semiconductor particle as an inorganic semiconductor particle, and an organic dielectric. Preferably.

無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体層は、有機誘電体と無機半導体粒子とが均一に分布している(即ち、均一分散膜である)ことが好ましい。分布を均一にすることで、半導体層の電気特性の異方性がなくなり、半導体層の厚さ方向の導電特性が一定となる。これにより、この半導体層を用いた半導体素子の性能のバラツキが小さくなる。 In the semiconductor layer containing the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric, the organic dielectric and the inorganic semiconductor particles are preferably uniformly distributed (that is, a uniform dispersion film). By making the distribution uniform, the anisotropy of the electrical characteristics of the semiconductor layer is eliminated, and the conductive characteristics of the semiconductor layer in the thickness direction become constant. As a result, variations in the performance of semiconductor devices using this semiconductor layer are reduced.

本実施形態において「均一分散膜」とは、膜中の無機半導体粒子と有機誘電体とが均一に分散している膜であり、膜の膜厚方向における下半分と上半分の無機半導体粒子と有機誘電体の割合がほぼ同一であり、下半分の無機半導体粒子の比率(%)と上半分の無機半導体粒子の比率(%)の差、つまり上半分の無機半導体粒子の比率−下半分の無機半導体粒子の比率=10以下であることが好ましい。膜厚方向の均一さは断面を切断し、走査型電子顕微鏡のコントラスト差で測定することができる。 In the present embodiment, the "uniform dispersion film" is a film in which the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric in the film are uniformly dispersed, and the lower half and the upper half of the inorganic semiconductor particles in the film thickness direction of the film, The ratio of the organic dielectrics is almost the same, and the difference between the ratio (%) of the inorganic semiconductor particles in the lower half and the ratio (%) of the inorganic semiconductor particles in the upper half, that is, the ratio of the inorganic semiconductor particles in the upper half-the ratio of the lower half It is preferable that the ratio of the inorganic semiconductor particles=10 or less. The uniformity in the film thickness direction can be measured by cutting the cross section and measuring the contrast difference of a scanning electron microscope.

以下、半導体層を形成する各成分について説明する。 Hereinafter, each component forming the semiconductor layer will be described.

(無機半導体粒子)
無機半導体粒子としては、特に限定されないが、例えば、金属酸化物粒子、シリコン粒子、ゲルマニウム粒子、及び化合物半導体粒子が挙げられる。このなかでも、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。このような無機半導体粒子を用いることにより、上述した半導体素子についての各効果が、より向上する傾向にある。以下、各粒子について説明する。なお、無機半導体粒子としては、上記粒子を1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Inorganic semiconductor particles)
The inorganic semiconductor particles are not particularly limited, but examples thereof include metal oxide particles, silicon particles, germanium particles, and compound semiconductor particles. Among these, at least one selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles is preferable. By using such inorganic semiconductor particles, the effects of the above-described semiconductor element tend to be further improved. Hereinafter, each particle will be described. As the inorganic semiconductor particles, the above particles may be used alone or in combination of two or more.

(金属酸化物粒子)
金属酸化物粒子に用いられる金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、酸化銅(I)、酸化銅(II)、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銀、酸化チタン(ルチル型、アナターゼ型)、アルミニウムをドープした酸化亜鉛(AZO)、ガリウムをドープした酸化亜鉛(GZO)、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化スズ、フッ素ドープの酸化スズ(FTO)、酸化インジウム、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物(IGZO)、酸化ニッケル、CuAlO2、CuGaO2、SrCu22、LaCuOS、LaCuOSe、CuInO2、ZnRh24、12CaO・7Al23(C12A7)、Ga23等が挙げられる。金属酸化物粒子に用いられるこれらの金属酸化物は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Metal oxide particles)
The metal oxide used for the metal oxide particles is not particularly limited, but for example, copper (I) oxide, copper (II) oxide, iron oxide, zinc oxide, silver oxide, titanium oxide (rutile type, anatase type) , Aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), indium tin oxide (ITO), tin oxide, fluorine-doped tin oxide (FTO), indium oxide, indium gallium zinc oxide (IGZO), nickel oxide, CuAlO 2 , CuGaO 2 , SrCu 2 O 2 , LaCuOS, LaCuOSe, CuInO 2 , ZnRh 2 O 4 , 12CaO·7Al 2 O 3 (C12A7), Ga 2 O 3 and the like. These metal oxides used for the metal oxide particles may be used alone or in combination of two or more.

また、金属酸化物粒子の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、スパッタ法などで作製した金属酸化物を粉砕する方法、及びゾルゲル法等が挙げられる。金属酸化物を粉砕する方法としては、乾式粉砕法でも湿式粉砕法でもよく、双方の方法を用いてもよい。乾式粉砕法には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕法には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。 The method for producing metal oxide particles is not particularly limited, and examples thereof include a method of pulverizing a metal oxide produced by a sputtering method, a sol-gel method, and the like. As a method for pulverizing the metal oxide, either a dry pulverizing method or a wet pulverizing method may be used, or both methods may be used. A hammer crusher or the like can be used for the dry crushing method. A ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer, etc. can be used for the wet pulverization method.

湿式粉砕時の溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。 The solvent at the time of wet grinding is not particularly limited, but for example, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, propylene Ketones such as glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n-butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, methyl ethyl ketone, benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, Examples thereof include aromatics such as diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran, butyl lactate, N-methylpyrrolidone and the like. It is also possible to use these in a mixture.

金属酸化物粒子の表面は、有機官能基で修飾されていてもよい。表面を有機官能基で修飾することにより、塗布液に用いられる有機溶媒中の金属酸化物粒子の分散性が向上し、得られる塗布膜の均一性がより向上する傾向にある。有機官能基の修飾方法としては、特に限定されないが、例えば、シアノエチル基で修飾する方法などが挙げられる。 The surface of the metal oxide particles may be modified with an organic functional group. By modifying the surface with an organic functional group, the dispersibility of the metal oxide particles in the organic solvent used for the coating liquid is improved, and the uniformity of the obtained coating film tends to be further improved. The method of modifying the organic functional group is not particularly limited, and examples thereof include a method of modifying with a cyanoethyl group.

金属酸化物粒子の平均粒子径は、好ましくは1nm以上であり、より好ましくは3nm以上であり、さらに好ましくは5nm以上である。金属酸化物粒子の平均粒子径が1nm以上であることにより、金属酸化物粒子間の接触抵抗がより低減する傾向にある。また、金属酸化物粒子の平均粒子径は、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは500nm以下であり、さらに好ましくは300nm以下であり、特に好ましくは100nm以下である。金属酸化物粒子の平均粒子径が1000nm以下であることにより、成膜性がより向上する傾向にある。なお、金属酸化物粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。また、金属酸化物粒子の平均粒子径は、上記粉砕法、ゾルゲル法の条件を制御することにより、調整することが可能である。 The average particle diameter of the metal oxide particles is preferably 1 nm or more, more preferably 3 nm or more, and further preferably 5 nm or more. When the average particle diameter of the metal oxide particles is 1 nm or more, the contact resistance between the metal oxide particles tends to be further reduced. The average particle size of the metal oxide particles is preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, still more preferably 300 nm or less, and particularly preferably 100 nm or less. When the average particle diameter of the metal oxide particles is 1000 nm or less, the film formability tends to be further improved. The average particle diameter of the metal oxide particles can be measured with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope. Further, the average particle size of the metal oxide particles can be adjusted by controlling the conditions of the pulverization method and the sol-gel method.

金属酸化物粒子の粒子径分布の相対標準偏差σは、好ましくは5.0nm以下であり、より好ましくは3.0nm以下であり、さらに好ましくは2.0nm以下である。金属酸化物粒子の粒子径分布の相対標準偏差σsが5.0nm以下であることにより、抵抗がより低下する傾向にある。また、金属酸化物粒子の粒子径分布の相対標準偏差σの下限は、特に限定されないが、0nm以上が好ましく、より好ましくは0.1nm以上である。 The relative standard deviation σ of the particle size distribution of the metal oxide particles is preferably 5.0 nm or less, more preferably 3.0 nm or less, and further preferably 2.0 nm or less. When the relative standard deviation σs of the particle size distribution of the metal oxide particles is 5.0 nm or less, the resistance tends to be further reduced. The lower limit of the relative standard deviation σ of the particle size distribution of the metal oxide particles is not particularly limited, but is preferably 0 nm or more, more preferably 0.1 nm or more.

(シリコン粒子)
シリコン粒子について説明する。シリコン粒子の製造方法としては、特に限定はなく、例えば、パルス圧力付加オリフィス噴射法を利用した高結晶性半導体マイクロ粒子製造装置を用いた方法、多結晶又は単結晶のシリコンインゴット若しくはウエハを粉砕する方法等によって製造できる。また、ウエハ作製時の切屑なども、シリコン粒子として使用できる。インゴット又はウエハを粉砕する方法としては、乾式粉砕でも湿式粉砕でもよく、双方の方法を用いてもよい。乾式粉砕には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。湿式粉砕時の溶媒は上述したものが挙げられる。
(Silicon particles)
The silicon particles will be described. The method for producing silicon particles is not particularly limited, and for example, a method using a highly crystalline semiconductor microparticle producing apparatus utilizing a pulse pressure addition orifice injection method, a polycrystalline or single crystal silicon ingot or a wafer is crushed. It can be manufactured by a method or the like. In addition, chips and the like during wafer production can also be used as silicon particles. The method for crushing the ingot or the wafer may be dry crushing or wet crushing, or both methods may be used. A hammer crusher or the like can be used for dry crushing. A ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer or the like can be used for the wet pulverization. As the solvent at the time of wet pulverization, those mentioned above can be mentioned.

シリコン粒子としては、特に限定されないが、例えば、p型シリコン粒子、n型シリコン粒子、ノンドープのシリコン粒子が挙げられる。p型シリコン粒子(p型半導体)としては、特に限定されないが、例えば、ホウ素、ガリウム等のアクセプタを添加物としてドープしたシリコンが挙げられる。また、n型シリコン粒子(n型半導体)としては、特に限定されないが、例えば、リン、窒素、砒素等のドナーを添加物としてドープしたシリコンが挙げられる。シリコン粒子に含まれるこれらの添加物濃度は、好ましくは1×1012atom/cm3以上であり、より好ましくは1×1013atom/cm3以上である。また、同添加物濃度は、好ましくは1×1021atom/cm3以下であり、より好ましくは1×1020atom/cm3以下である。シリコンの抵抗率は、半導体中における電荷の移動及び空乏層の広がりの観点から、0.0001Ωcm以上が好ましく、0.001Ωcm以上がより好ましい。また、同抵抗率は、1000Ωcm以下が好ましく、100Ωcm以下がより好ましい。 The silicon particles are not particularly limited, but examples thereof include p-type silicon particles, n-type silicon particles, and non-doped silicon particles. The p-type silicon particles (p-type semiconductor) are not particularly limited, and examples thereof include silicon doped with an acceptor such as boron or gallium as an additive. The n-type silicon particles (n-type semiconductor) are not particularly limited, but examples thereof include silicon doped with a donor such as phosphorus, nitrogen, or arsenic as an additive. The concentration of these additives contained in the silicon particles is preferably 1×10 12 atom/cm 3 or more, more preferably 1×10 13 atom/cm 3 or more. The concentration of the additive is preferably 1×10 21 atom/cm 3 or less, more preferably 1×10 20 atom/cm 3 or less. The resistivity of silicon is preferably 0.0001 Ωcm or more, and more preferably 0.001 Ωcm or more, from the viewpoint of the movement of charges in the semiconductor and the spread of the depletion layer. The resistivity is preferably 1000 Ωcm or less, more preferably 100 Ωcm or less.

シリコン粒子の平均粒子径は、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは70μm以下であり、さらに好ましくは50μm以下である。シリコン粒子の平均粒子径が100μm以下であることにより、成膜性がより向上する傾向にある。また、シリコン粒子の平均粒子径は、好ましくは0.001μm以上であり、より好ましくは0.01μm以上であり、さらに好ましくは0.1μm以上である。シリコン粒子の平均粒子径が0.001μm以上であることにより、粒子と電極との接触抵抗がより低減する傾向にある。なお、シリコン粒子の平均粒子径は、実施例に記載の方法により測定することができる。 The average particle diameter of the silicon particles is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, and further preferably 50 μm or less. When the average particle size of the silicon particles is 100 μm or less, the film formability tends to be further improved. The average particle size of the silicon particles is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.01 μm or more, and further preferably 0.1 μm or more. When the average particle diameter of the silicon particles is 0.001 μm or more, the contact resistance between the particles and the electrode tends to be further reduced. The average particle diameter of the silicon particles can be measured by the method described in the examples.

シリコン粒子の粒子径分布の相対標準偏差σは、好ましくは5.0nm以下であり、より好ましくは3.0nm以下であり、さらに好ましくは2.0nm以下である。シリコン粒子の粒子径分布の相対標準偏差σsが5.0nm以下であることにより、抵抗がより低下する傾向にある。また、シリコン粒子の粒子径分布の相対標準偏差σの下限は、特に限定されないが、0nm以上が好ましく、より好ましくは0.1nm以上である。 The relative standard deviation σ of the particle size distribution of silicon particles is preferably 5.0 nm or less, more preferably 3.0 nm or less, and further preferably 2.0 nm or less. When the relative standard deviation σs of the particle size distribution of silicon particles is 5.0 nm or less, the resistance tends to be further reduced. The lower limit of the relative standard deviation σ of the particle size distribution of silicon particles is not particularly limited, but is preferably 0 nm or more, more preferably 0.1 nm or more.

(ゲルマニウム粒子)
ゲルマニウム粒子としては、上記シリコン粒子のシリコンに代えてゲルマニウムを用いたものが挙げられる。
(Germanium particles)
Examples of the germanium particles include those using germanium instead of silicon in the above silicon particles.

(化合物半導体粒子)
化合物半導体粒子に用いられる化合物半導体としては、特に限定されないが、例えば、元素の組み合わせの観点から、III属元素とV属元素を組み合わせたIII−V属半導体;II属元素とVI属元素を組み合わせたII−VI属半導体;IV属元素同士を組み合わせたIV−IV属半導体が挙げられる。
(Compound semiconductor particles)
The compound semiconductor used for the compound semiconductor particles is not particularly limited, but for example, from the viewpoint of the combination of elements, a III-V group semiconductor in which a group III element and a group V element are combined; a group II element and a group VI element are combined. II-VI group semiconductors; IV-IV group semiconductors in which group IV elements are combined.

III−V属半導体に用いられるIII属(13族)元素としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)が挙げられる。また、V属(15属)元素としては、特に限定されないが、例えば、窒素(N)、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)が挙げられる。具体的なIII−V属半導体としては、特に限定されないが、例えば、GaN、GaAs、AlN、InP、InSb、InNなどが挙げられる。 The group III (group 13) element used for the group III-V semiconductor is not particularly limited, but examples thereof include aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In). The Group V (Group 15) element is not particularly limited, but examples thereof include nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb). Specific examples of III-V semiconductors include, but are not limited to, GaN, GaAs, AlN, InP, InSb, and InN.

II−VI属半導体に用いられるII属(2属または12属)元素としては、特に限定されないが、例えば、マグネシウム、亜鉛、カドミウム、水銀が挙げられる。また、VI属(16属)元素としては、特に限定されないが、例えば、酸素、硫黄、セレン、テルルが挙げられる。具体的なII−VI属半導体としては、特に限定されないが、例えば、ZnS、ZnSe、CdTeなどが挙げられる。 The Group II (Group 2 or Group 12) element used for the Group II-VI semiconductor is not particularly limited, and examples thereof include magnesium, zinc, cadmium, and mercury. The Group VI (16th group) element is not particularly limited, but examples thereof include oxygen, sulfur, selenium, and tellurium. The specific II-VI group semiconductor is not particularly limited, but examples thereof include ZnS, ZnSe, and CdTe.

IV−IV属半導体に用いられるIV属としては、特に限定されないが、例えば、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)が挙げられる。具体的なIV−IV属半導体としては、特に限定されないが、例えば、SiC、SiGeなどが挙げられる。 The group IV used for the group IV-IV semiconductor is not particularly limited, but examples thereof include carbon (C), silicon (Si), and germanium (Ge). The specific IV-IV group semiconductor is not particularly limited, but examples thereof include SiC and SiGe.

化合物半導体粒子の製造方法としては、特に限定はなく、単結晶、多結晶体を粉砕して使用してもよい。粉砕する方法としては、乾式粉砕でも湿式粉砕でもよく、双方の方法を用いてもよい。乾式粉砕には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。湿式粉砕時の溶媒としては、上述したものが挙げられる。 The method for producing the compound semiconductor particles is not particularly limited, and a single crystal or a polycrystal may be crushed and used. As a method of crushing, either dry crushing or wet crushing may be used, or both methods may be used. A hammer crusher or the like can be used for dry crushing. A ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer or the like can be used for the wet pulverization. As the solvent at the time of wet pulverization, those mentioned above can be mentioned.

化合物半導体粒子の平均粒子径は、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは70μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下である。化合物半導体粒子の平均粒子径が100μm以下であることにより、粒子間の接触抵抗がより低減し、成膜性がより向上する傾向にある。また、化合物半導体粒子の平均粒子径は、好ましくは0.001μm以上であり、より好ましくは0.01μm以上である。化合物半導体粒子の平均粒子径が0.001μm以上であることにより、粒子と電極との接触抵抗の低減する傾向にある。 The average particle diameter of the compound semiconductor particles is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, and further preferably 10 μm or less. When the average particle diameter of the compound semiconductor particles is 100 μm or less, the contact resistance between particles tends to be further reduced, and the film formability tends to be further improved. The average particle size of the compound semiconductor particles is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.01 μm or more. When the average particle size of the compound semiconductor particles is 0.001 μm or more, the contact resistance between the particles and the electrode tends to be reduced.

化合物半導体粒子の粒子径分布の相対標準偏差σは、好ましくは5.0nm以下であり、より好ましくは3.0nm以下であり、さらに好ましくは2.0nm以下である。化合物半導体粒子の粒子径分布の相対標準偏差σsが5.0nm以下であることにより、抵抗がより低下する傾向にある。また、化合物半導体粒子の粒子径分布の相対標準偏差σの下限は、特に限定されないが、0nm以上が好ましく、より好ましくは0.1nm以上である。 The relative standard deviation σ of the particle size distribution of the compound semiconductor particles is preferably 5.0 nm or less, more preferably 3.0 nm or less, and further preferably 2.0 nm or less. When the relative standard deviation σs of the particle size distribution of the compound semiconductor particles is 5.0 nm or less, the resistance tends to further decrease. The lower limit of the relative standard deviation σ of the particle size distribution of the compound semiconductor particles is not particularly limited, but is preferably 0 nm or more, more preferably 0.1 nm or more.

(比誘電率が3以上150以下の有機化合物)
本実施形態において「比誘電率」とは、測定周波数を1kHz、測定温度を23℃とし、インピーダンス法で測定した値をいう。有機化合物の比誘電率は、3以上であり、好ましくは5以上であり、より好ましくは10以上である。有機化合物の比誘電率が3以上であることにより、移動度がより向上する。また、有機化合物の比誘電率は、150以下であり、好ましくは100以下であり、より好ましくは80以下であり、さらに好ましくは50以下がさらに好ましく、35以下がさらに好ましい。有機化合物の比誘電率が150以下であることにより、移動度がより向上する。
(Organic compound with relative permittivity of 3 or more and 150 or less)
In the present embodiment, the “relative permittivity” means a value measured by an impedance method with a measurement frequency of 1 kHz and a measurement temperature of 23° C. The relative dielectric constant of the organic compound is 3 or more, preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. When the relative dielectric constant of the organic compound is 3 or more, the mobility is further improved. Further, the relative dielectric constant of the organic compound is 150 or less, preferably 100 or less, more preferably 80 or less, further preferably 50 or less, further preferably 35 or less. When the relative dielectric constant of the organic compound is 150 or less, the mobility is further improved.

有機誘電体としては、特に限定されないが、例えば、フッ素系樹脂、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂、アセチルセルロース、アニリン樹脂、ABS樹脂、エボナイト、塩化ビニル樹脂、アクリルニトリル樹脂、アニリンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキル樹脂、ウレタン、AS樹脂、エポキシ樹脂、ビニルブチラール樹脂、シリコン樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレンブタジェンゴム、シリコーンゴム、酢酸セルロース、スチレン樹脂、デキストリン、ナイロン、軟質ビニルブチラール樹脂、フルフラル樹脂、ポリアミド、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアセタール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリサルファイドポリマー、ポリエチレン、ベークライトワニス、ポリビニルアルコール等の樹脂;アセトン、イソブチルメチルケトン等のケトン基含有化合物;ホルマリン等のアルデヒド基含有化合物;メチルアルコール、イソブチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、クレゾールグリコール、ピラノール、フェノール、チオグリセロール等の水酸基含有化合物;アニリン等のアミノ酸基含有化合物;ジアレルフタレート等の重合性二重結合含有化合物;クロロピレン等の炭素塩素結合含有化合物;コハク酸等のカルボン酸基含有化合物;デキストリン、ニトロセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、デンプン、ヒドロキシプロピルデンプン、プルラン、グルシドールプルラン、シュクロース、ソルビトール等の糖類;及び、コハク酸ニトリル等のシアノ基含有有機化合物等が挙げられる。特に、整流性の観点、特により高い周波数を整流できる観点から、フッ素樹脂、グリセリン、チオグリセロール、及びシアノ基含有有機化合物からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、フッ素系樹脂又はシアノ基含有有機化合物がより好ましい。 The organic dielectric is not particularly limited, but examples thereof include fluororesin, polyvinylidene chloride, acrylic resin, acetyl cellulose, aniline resin, ABS resin, ebonite, vinyl chloride resin, acrylonitrile resin, aniline formaldehyde resin, aminoalkyl resin. , Urethane, AS resin, epoxy resin, vinyl butyral resin, silicone resin, vinyl acetate resin, styrene butadiene rubber, silicone rubber, cellulose acetate, styrene resin, dextrin, nylon, soft vinyl butyral resin, furfural resin, polyamide, polyester resin , Polycarbonate resin, phenol resin, furan resin, polyacetal resin, melamine resin, urea resin, polysulfide polymer, polyethylene, bakelite varnish, polyvinyl alcohol, etc. resin; ketone group-containing compound such as acetone, isobutyl methyl ketone; aldehyde group such as formalin Compounds containing: hydroxyl group-containing compounds such as methyl alcohol, isobutyl alcohol, ethyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, cresol glycol, pyranol, phenol, thioglycerol; amino acid group-containing compounds such as aniline; Compounds containing a polymerizable double bond such as allerphthalate; compounds containing a carbon-chlorine bond such as chloropyrene; compounds containing a carboxylic acid group such as succinic acid; dextrin, nitrocellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, starch, hydroxypropyl starch, pullulan, glu Examples thereof include sugars such as cidol pullulan, sucrose and sorbitol; and cyano group-containing organic compounds such as succinic nitrile. In particular, one or more selected from the group consisting of a fluororesin, glycerin, thioglycerol, and a cyano group-containing organic compound is preferable from the viewpoint of rectifying property, and particularly from the viewpoint of rectifying a higher frequency. Organic compounds are more preferred.

有機誘電体は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。特に、2種以上を併用する場合においては、水酸基含有化合物及びシアノ基含有有機化合物を併用することが好ましく、2以上の水酸基を含有する化合物及びシアノエチル基含有有機化合物を併用することがより好ましい。 The organic dielectrics may be used alone or in combination of two or more. In particular, when two or more kinds are used in combination, it is preferable to use a hydroxyl group-containing compound and a cyano group-containing organic compound in combination, and it is more preferable to use two or more hydroxyl group-containing compounds and a cyanoethyl group-containing organic compound in combination.

シアノ基含有有機化合物とは、シアノ基が1つ以上含まれる有機化合物であれば特に限定されないが、例えば、シアノエチル基含有有機化合物である。シアノエチル基含有有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース(シアノエチルスクロース)、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルデンプン、シアノエチルヒドロキシプロピルデンプン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルソルビトール等が挙げられる。このような、シアノ基含有有機化合物を用いることにより、移動度がより向上する傾向にある。 The cyano group-containing organic compound is not particularly limited as long as it is an organic compound containing one or more cyano groups, and is, for example, a cyanoethyl group-containing organic compound. The cyanoethyl group-containing organic compound is not particularly limited, and examples thereof include cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl saccharose (cyanoethyl sucrose), cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl starch, cyanoethyl hydroxypropyl starch, cyanoethyl glycidol pullulan, cyanoethyl sorbitol. Etc. By using such a cyano group-containing organic compound, the mobility tends to be further improved.

フッ素系樹脂としては、特に限定されないが、例えば、C2mn4-m-n(mは1〜4を示し、nは0から3を示し、mとnの和は4を超えない)を骨格とするフッ素ポリマー、及びフッ素系イオン交換樹脂が挙げられる。フッ素ポリマーとしては、特に限定されないが、例えば、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン等の含フッ素モノマーの単独重合体又は共重合体、並びに、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン等の含フッ素モノマーと非含フッ素モノマーとの共重合体が挙げられる。 The fluorine-based resin is not particularly limited, but for example, C 2 F m X n H 4-mn (m represents 1 to 4, n represents 0 to 3, and the sum of m and n does not exceed 4). ) As a skeleton, and a fluorine-based ion exchange resin. The fluoropolymer is not particularly limited, for example, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, homopolymers or copolymers of fluorine-containing monomers such as chlorotrifluoroethylene, and vinyl fluoride, fluorinated Examples thereof include copolymers of fluorine-containing monomers such as vinylidene, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene and non-fluorine-containing monomers.

フッ素系イオン交換樹脂としては、特に限定されないが、例えば、イオン交換基として、COOH、SO3H、SO2F、SO2Cl、SO2Br、COF、COCl、COBr、CO2CH3、CO225で表される基を有するフッ素系樹脂が挙げられる。このようなフッ素系樹脂としては、上記イオン交換機を有するモノマーと、含フッ素モノマーとの共重合体が挙げられる。より具体的には、一般式CF2=CF−O(CF2CFX)nO−(CF2m−Wで表わされるフッ化ビニル化合物と、一般式CF2=CFZで表わされるフッ化オレフィンとの、少なくとも2元共重合体からなるものが挙げられる。ここでXはF又は炭素数1から3のパーフルオロアルキル基、nは0から3の整数、mは1から5の整数、ZはH、Cl、F又は炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。また、WはCOOH、SO3H、SO2F、SO2Cl、SO2Br、COF、COCl、COBr、CO2CH3、CO225で表される基のいずれかである。 The fluorine-based ion exchange resin is not particularly limited, but examples of the ion exchange group include COOH, SO 3 H, SO 2 F, SO 2 Cl, SO 2 Br, COF, COCl, COBr, CO 2 CH 3 , CO. A fluororesin having a group represented by 2 C 2 H 5 may be mentioned. Examples of such a fluororesin include a copolymer of a monomer having the above ion exchanger and a fluorine-containing monomer. More specifically, the general formula CF 2 = CF-O (CF 2 CFX) n O- (CF 2) m and fluorinated vinyl compound represented by -W, fluorinated olefin of the formula CF 2 = CFZ And at least a binary copolymer. Here, X is F or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, n is an integer of 0 to 3, m is an integer of 1 to 5, Z is H, Cl, F or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. It is a base. W is any of the groups represented by COOH, SO 3 H, SO 2 F, SO 2 Cl, SO 2 Br, COF, COCl, COBr, CO 2 CH 3 , and CO 2 C 2 H 5 .

有機化合物の比誘電率は、有機化合物が極性の高い原子又は官能基を含むほど大きくなる傾向にある。極性の指標となる双極子モーメントは結合モーメントの和で推測できる。比誘電率が3以上の有機化合物としては、結合モーメントが1.4D(D=3.33564×10-30Cm)以上の置換基を有している化合物が好ましい。結合モーメントが1.4D以上である置換基としては、OH、CF、CCl、C=O、N=O、CN等がある。これらの置換基を有する比誘電率が3以上150以下の有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、フッ素系樹脂、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物等が挙げられる。 The relative dielectric constant of an organic compound tends to increase as the organic compound contains an atom or a functional group having high polarity. The dipole moment, which is an index of polarity, can be estimated by the sum of binding moments. As the organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more, a compound having a substituent having a binding moment of 1.4 D (D=3.33564×10 −30 Cm) or more is preferable. Substituents having a binding moment of 1.4D or more include OH, CF, CCl, C=O, N=O, CN and the like. The organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, which has these substituents, is not particularly limited, and examples thereof include a fluororesin, glycerin, thioglycerol, and a cyano group-containing organic compound.

なお、有機誘電体は、ある程度透明であることが好ましい。有機誘電体から構成される膜の550nmの波長の光に対する透過率は、好ましくは35%以上であり、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは70%以上である。透過率の上限は特に限定されないが、100%以下である。透過率は、分光光度計を用いて測定することができる。測定基材は石英ガラスや樹脂基板を用いることができる。 The organic dielectric is preferably transparent to some extent. The film made of an organic dielectric has a transmittance of light having a wavelength of 550 nm of preferably 35% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 70% or more. The upper limit of the transmittance is not particularly limited, but it is 100% or less. The transmittance can be measured using a spectrophotometer. Quartz glass or a resin substrate can be used as the measurement base material.

なお、有機誘電体は、膜の柔軟性を付与する観点から分子量が500以上の高分子の有機化合物が好ましく、分子量が500以上の高分子の有機化合物と、分子量が500未満の低分子の有機化合物を併用してもよい。 The organic dielectric is preferably a high molecular weight organic compound having a molecular weight of 500 or more from the viewpoint of imparting flexibility to the film, and a high molecular weight organic compound having a molecular weight of 500 or more and a low molecular weight organic compound having a molecular weight of less than 500. You may use a compound together.

(その他の成分)
半導体層は、無機半導体粒子及び有機化合物の他、必要に応じて、その他の成分を含むことができる。その他の成分としては、特に限定されないが、例えば、半導体層中に残る溶媒、バインダー成分、又は無機成分等の何れか一つ以上が挙げられる。
(Other ingredients)
The semiconductor layer may contain other components, if necessary, in addition to the inorganic semiconductor particles and the organic compound. Other components are not particularly limited, and include, for example, any one or more of a solvent remaining in the semiconductor layer, a binder component, an inorganic component, and the like.

〔半導体素子の態様〕
本実施形態の半導体素子としては、特に限定されないが、例えば、ダイオード、トランジスタ、薄膜トランジスタ、メモリ、フォトダイオード、発光ダイオード、発光トランジスタ、センサ等が挙げられる。
[Aspect of Semiconductor Element]
The semiconductor element of the present embodiment is not particularly limited, but examples thereof include a diode, a transistor, a thin film transistor, a memory, a photodiode, a light emitting diode, a light emitting transistor, a sensor, and the like.

トランジスタ及び薄膜トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式ディスプレイ、液晶ディスプレイ、分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、エレクトロクロミックディスプレイ、有機発光ディスプレイ、電子ペーパー等の種々の表示装置や、粒子回転型表示素子等の種々の表示素子に利用可能である。トランジスタ及び薄膜トランジスタは、これらの表示装置において表示画素のスイッチング用トランジスタ、信号ドライバー回路素子、メモリ回路素子、信号処理回路素子等に利用される。 Transistors and thin film transistors are used in various display devices such as active matrix drive type displays, liquid crystal displays, dispersion type liquid crystal displays, electrophoretic displays, electrochromic displays, organic light emitting displays, electronic paper, and particle rotating display devices. It can be used as a display element. Transistors and thin film transistors are used as switching transistors of display pixels, signal driver circuit elements, memory circuit elements, signal processing circuit elements, and the like in these display devices.

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

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

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

半導体素子の移動度(例えば、上述した薄膜トランジスタの移動度)は、画像を表示する素子に利用するためには、0.0001cm2/Vs以上が好ましく、0.001cm2/Vs以上がさらに好ましく、0.01cm2/Vs以上がさらに好ましい。 Mobility of the semiconductor element (e.g., mobility of the thin film transistor described above), in order to use the device for displaying an image is preferably at least 0.0001 cm 2 / Vs, more preferably at least 0.001 cm 2 / Vs, It is more preferably 0.01 cm 2 /Vs or more.

トランジスタの構成としては、薄膜トランジスタのほかに、MOS(メタル−酸化物(絶縁体層)−半導体)型トランジスタ、バイポーラ型トランジスタのいずれでも採用可能である。バイポーラ型トランジスタの素子構造としては、例えば、n型半導体層/p型半導体層/n型半導体層という構造や、p型半導体層/n型半導体層/p型半導体層という構造があげられ、各半導体層に電極が接続されている。そして、p型半導体層やn型半導体層の少なくとも一つに、本発明の無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体が使用される。 As the transistor configuration, any of a MOS (metal-oxide (insulator layer)-semiconductor) type transistor and a bipolar type transistor can be adopted in addition to the thin film transistor. The device structure of the bipolar transistor includes, for example, a structure of n-type semiconductor layer/p-type semiconductor layer/n-type semiconductor layer and a structure of p-type semiconductor layer/n-type semiconductor layer/p-type semiconductor layer. An electrode is connected to the semiconductor layer. The semiconductor containing the inorganic semiconductor particles of the present invention and the organic dielectric is used for at least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer.

また、半導体素子がダイオードである場合には、その素子構造としては、例えば、電極/n型半導体層/p型半導体層/電極という構造または電極/p型半導体層/電極または電極/n型半導体層/電極という構造が挙げられる。また、電極と半導体層の間に有機層を設けることができる。そして、p型半導体層又はn型半導体層として、無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体層が使用される。 When the semiconductor element is a diode, the element structure is, for example, a structure of electrode/n-type semiconductor layer/p-type semiconductor layer/electrode or electrode/p-type semiconductor layer/electrode or electrode/n-type semiconductor. A layer/electrode structure may be mentioned. Further, an organic layer can be provided between the electrode and the semiconductor layer. A semiconductor layer containing inorganic semiconductor particles and an organic dielectric is used as the p-type semiconductor layer or the n-type semiconductor layer.

また、無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体層に、ショットキー接合及び/又はトンネル接合を適用するだけでダイオードを形成することができる。このような接合構造を有する半導体素子は、単純な構成でダイオードを作製することができるので好ましい。さらに、このような接合構造を有する半導体素子を複数接合して、インバータ、オシレータ、メモリ回路、センサ等の素子を形成することもできる。 Further, the diode can be formed only by applying the Schottky junction and/or the tunnel junction to the semiconductor layer containing the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric. A semiconductor element having such a junction structure is preferable because a diode can be manufactured with a simple structure. Further, a plurality of semiconductor elements having such a junction structure can be joined to form elements such as an inverter, an oscillator, a memory circuit, and a sensor.

また、本実施形態の半導体素子は、ICカード、スマートカード、又は電子タグ等の電子機器における演算素子、記憶素子としても利用することができる。その場合、これらが接触型であっても非接触型であっても、問題なく適用可能である。これらICカード、スマートカード、及び電子タグは、メモリ、パルスジェネレータ、信号分割器、コントローラ、キャパシタ等で構成されており、さらにアンテナ、バッテリを備えていてもよい。 Further, the semiconductor element of this embodiment can be used as an arithmetic element or a storage element in an electronic device such as an IC card, a smart card, or an electronic tag. In that case, it can be applied without problems whether these are contact type or non-contact type. These IC card, smart card, and electronic tag are configured with a memory, a pulse generator, a signal divider, a controller, a capacitor, and the like, and may further include an antenna and a battery.

次に、半導体素子の具体例を示す。 Next, a specific example of the semiconductor element will be shown.

図1は、本実施形態に係る半導体素子100の構成例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、この半導体素子100は、ダイオードであり、基材4と、基材4上に形成された第一電極3と、有機層5と、半導体層2と、第二電極1を有する。半導体層2は、半導体粒子21と有機誘電体22で構成されている。基材4の材料は前述のとおりである。また、基材4は基材の上に表面平滑膜を有していてもよく、表面平滑膜は前述である。有機層5は第二電極1と半導体層2の間に形成されてもよい。 FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration example of a semiconductor element 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor element 100 is a diode, and includes a base material 4, a first electrode 3 formed on the base material 4, an organic layer 5, a semiconductor layer 2, and a second electrode 1. Have. The semiconductor layer 2 is composed of semiconductor particles 21 and an organic dielectric 22. The material of the base material 4 is as described above. Further, the base material 4 may have a surface smoothing film on the base material, and the surface smoothing film is as described above. The organic layer 5 may be formed between the second electrode 1 and the semiconductor layer 2.

<基材>
基材4の材料としては、半導体素子100を支持できれば特に限定されないが、有機材料、無機材料、有機無機複合材料を用いることができる。特に、有機材料及び有機無機複合材料は柔軟性に優れるため好ましい。有機材料として具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリイミド(PI)、アクリル板、カーボンナノファイバーなどの繊維膜やその他の紙等を用いることができる。特に紙やPET及びPENは低コストで入手可能であるため、好ましい。有機無機複合材料として例えば、無機フィラーを分散した有機材料が挙げられる。
<Substrate>
The material of the base material 4 is not particularly limited as long as it can support the semiconductor element 100, but an organic material, an inorganic material, or an organic-inorganic composite material can be used. In particular, organic materials and organic-inorganic composite materials are preferable because they have excellent flexibility. Specific examples of the organic material include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), cycloolefin polymer (COP), polyimide (PI), acrylic plate, fiber film such as carbon nanofiber, and others. Paper or the like can be used. In particular, paper, PET and PEN are preferable because they are available at low cost. Examples of the organic-inorganic composite material include an organic material in which an inorganic filler is dispersed.

また基材4は、基材4の上に表面平滑膜(不図示)を有していてもよい。表面平滑膜の形成材料としては、加工性、平坦性、可撓性に優れるため後述する有機材料が好ましい。例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリカーボネート(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリアセタール、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリカルボジイミド、ポリシロキサン、ポリメタクリルアミド、ニトリルゴム、アクリルゴム、ポリエチレンテトラフルオライド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、ポリブテン、ポリペンテン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン−ジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ブチルゴム、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリスチレン(PS)、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエチレン(PE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、フェノールノボラック、ベンゾシクロブテン、ポリビニルフェノール、ポリクロロピレン、ポリオキシメチレン、ポリスルホン(PSF)及びシリコーン樹脂等を用いることができる。 The base material 4 may have a surface smoothing film (not shown) on the base material 4. As a material for forming the surface smooth film, an organic material described later is preferable because it has excellent workability, flatness, and flexibility. For example, polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyester, polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyacetal, polyarylate (PAR). ), polyamide (PA), polyamide imide (PAI), polyether imide (PEI), polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ketone (PEK), polyphthalamide (PPA), polyether nitrile ( PEN), polybenzimidazole (PBI), polycarbodiimide, polysiloxane, polymethacrylamide, nitrile rubber, acrylic rubber, polyethylene tetrafluoride, epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, polymethyl methacrylate resin (PMMA) ), polybutene, polypentene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene-diene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, ethylene-propylene-diene copolymer, butyl rubber, polymethylpentene (PMP), polystyrene (PS), Styrene-butadiene copolymer, polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyether ether ketone (PEEK), phenol novolac, benzocyclobutene, polyvinylphenol, polychloropyrene, polyoxymethylene , Polysulfone (PSF) and silicone resin can be used.

基材層表面の粗さ(ラフネス)は小さいほどショットキーダイオードに流れる電流の電流密度を向上させることができる。具体的には、基材層表面の算術平均粗さ(Ra)は、10nm以下であることが好ましく、より好ましくは5nm以下、さらに好ましくは1nm以下である。また、基材層3表面に存在する局所的な大きな凸部は半導体を局所的に薄くし、絶縁破壊の原因となる。このため、基材3の局所的な凸部を減らすことでダイオードの絶縁破壊強度が高まり、ダイオードの信頼性及び製造歩留りを向上させることができる。具体的には、基材層3の局所的な凸部は、最大高さ(Ry)で25nm以下であることが好ましく、より好ましくは15nm以下、さらに好ましくは5nm以下である。 The smaller the roughness of the surface of the base material layer, the higher the current density of the current flowing through the Schottky diode. Specifically, the arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of the base material layer is preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, still more preferably 1 nm or less. In addition, the locally large convex portion existing on the surface of the base material layer 3 locally thins the semiconductor, which causes dielectric breakdown. Therefore, by reducing the local convex portions of the base material 3, the dielectric breakdown strength of the diode is increased, and the reliability and manufacturing yield of the diode can be improved. Specifically, the local protrusions of the base material layer 3 preferably have a maximum height (Ry) of 25 nm or less, more preferably 15 nm or less, and further preferably 5 nm or less.

<有機層>
有機層は、有機物のみから構成される層であるか、有機物とその他の成分とから構成される層である。その他の成分とは、有機物を溶解または分散させるための溶媒が挙げられる。
<Organic layer>
The organic layer is a layer composed of only an organic material or a layer composed of an organic material and other components. Examples of the other component include a solvent for dissolving or dispersing an organic substance.

ここで、有機物とは、炭素原子を含む化合物であり、さらに硫黄原子を含む有機物が好ましく、チオール基を有する有機物がより好ましい。このような有機物を用いることにより、より緻密な膜が作製でき、抵抗の低減に寄与する傾向にある。 Here, the organic substance is a compound containing a carbon atom, preferably an organic substance further containing a sulfur atom, and more preferably an organic substance having a thiol group. By using such an organic substance, a denser film can be produced, which tends to contribute to the reduction of resistance.

硫黄原子を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、1−ブタンチオール、1−デカンチオール、1−ドデカンチオール、1−ヘプタンチオール、1−ヘキサデカンチオール、1−ヘキサンチオール、1−ノナンチオール、1−オクタデカンチオール、1−オクタンチオール、1−ペンタデカンチオール、1−ペンタンチオール、1−プロパンチオール、1−テトラデカンチオール、1−ウンデカンチオール、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデカンチオール、2−エチルヘキサンチオール、2−メチル−1−プロパンチオール、2−メチル−2−プロパンチオール、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロ−1−ヘキサンチオール、3−メルカプト−N−ノニルプロピオンアミド、3−メチル−1−ブタンチオール、4−シアノ−1−ブタンチオール、cis−9−アオクタデセン−1−チオール、3−メルカプトプロピオン酸メチル、tert−ドデシルメルカプタン、1,11−ウンデカンジチオール、1,16−ヘキサデカンジチオール、1,2−エタンジチオール、1,3−プロパンジチオール、1,4−プロパンジチオール、1,5−ペンタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,8−オクタンジチオール、1,9−ノナンジチオール、2,2’−エチレンジオキシジエタンチオール、2,3−ブタンジチオール、5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン、ヘキサエチレングリコールジチオール、テトラエチレングリコールジチオール、ベンゼン−1,4−ジチオール、11−メルカプトウンデシルヘキサエチレングリコール、11−メルカプトウンデシルテトラエチレングリコール、1(11−メルカプトウンデシル)イミダゾール、1−メルカプト−2−プロパノール、11−(1H−ピロールー1−イル)ウンデカンー1−チオール、11−アジド−1−ウンデカンチオール、11−メルカプト−1−ウンデカノール、11−メルカプトウンデカン酸、11−メルカプトウンデシルヒドロキノン、16−メルカプトヘキサデカン酸、3−クロロ−1−プロパンチオール、3−メルカプト−1−プロパノール、3−メルカプトプロピオン酸、4−メルカプト−1−ブタノール、6−メルカプト−1−ヘキサノール、6−メルカプトヘキサン酸、8−メルカプト−1−オクタノール、8−メルカプトオクタン酸、9−メルカプト−1−ノナノール、1,1’,4’,1’’−テルフェニル−4−チオール、1,4−ベンゼンジメタンチオール、2−フェニルエタンチオール、2−アミノエタンチオール、2−アミノベンゼンチオール、8−アミノ−1−オクタンチオール、6−アミノ−1−ヘキサンチオール、11−アミノ−1−ウンデカンチオール、p−テルフェニル−4,4’’−ジチオール、チオフェノール、ビフェニル−4−チオール、ビフェニル−4,4−ジチオール、4−メルカプト安息香酸、4,4’−ビス(メルカプトメチル)ビフェニル、4,4’−ジメルカプトスチルベン、シクロヘキサンチオール、1−ナフタレンチオールが挙げられる。 The compound having a sulfur atom is not particularly limited, for example, 1-butanethiol, 1-decanethiol, 1-dodecanethiol, 1-heptanethiol, 1-hexadecanethiol, 1-hexanethiol, 1-nonanethiol, 1-octadecanethiol, 1-octanethiol, 1-pentadecanethiol, 1-pentanethiol, 1-propanethiol, 1-tetradecanethiol, 1-undecanethiol, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanethiol, 2- Ethylhexanethiol, 2-methyl-1-propanethiol, 2-methyl-2-propanethiol, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluoro-1-hexanethiol, 3-mercapto -N-nonylpropionamide, 3-methyl-1-butanethiol, 4-cyano-1-butanethiol, cis-9-aoctadecene-1-thiol, methyl 3-mercaptopropionate, tert-dodecylmercaptan, 1,11 -Undecanedithiol, 1,16-hexadecanedithiol, 1,2-ethanedithiol, 1,3-propanedithiol, 1,4-propanedithiol, 1,5-pentanedithiol, 1,6-hexanedithiol, 1,8- Octanedithiol, 1,9-nonanedithiol, 2,2'-ethylenedioxydiethanethiol, 2,3-butanedithiol, 5,5'-bis(mercaptomethyl)-2,2'-bipyridine, hexaethylene glycol Dithiol, tetraethylene glycol dithiol, benzene-1,4-dithiol, 11-mercaptoundecyl hexaethylene glycol, 11-mercaptoundecyl tetraethylene glycol, 1(11-mercaptoundecyl)imidazole, 1-mercapto-2-propanol , 11-(1H-pyrrol-1-yl)undecane-1-thiol, 11-azido-1-undecanethiol, 11-mercapto-1-undecanol, 11-mercaptoundecanoic acid, 11-mercaptoundecylhydroquinone, 16-mercaptohexadecane Acid, 3-chloro-1-propanethiol, 3-mercapto-1-propanol, 3-mercaptopropionic acid, 4-mercapto-1-butanol, 6-mercapto-1-hexanol, 6-mercaptohexanoic acid, 8-mercapto -1-octanol, 8-mercaptooctanoic acid, 9-mercapto-1-nonano , 1,1′,4′,1″-terphenyl-4-thiol, 1,4-benzenedimethanethiol, 2-phenylethanethiol, 2-aminoethanethiol, 2-aminobenzenethiol, 8 -Amino-1-octanethiol, 6-amino-1-hexanethiol, 11-amino-1-undecanethiol, p-terphenyl-4,4''-dithiol, thiophenol, biphenyl-4-thiol, biphenyl- 4,4-dithiol, 4-mercaptobenzoic acid, 4,4'-bis(mercaptomethyl)biphenyl, 4,4'-dimercaptostilbene, cyclohexanethiol and 1-naphthalenethiol can be mentioned.

また、有機層の有機物の模式図を図2に示す。有機層は、図2に模式的に示された有機物51を複数有し得る。有機物51は、結合部51aと機能部51cとを有している。詳細は後述するが、有機物51は、結合部51aと機能部51cとの間にリンカー部51bを有している。有機物51に含まれる結合部51aの全てが第一電極3または第二電極1と隣接しているとは限られないが、大部分の結合部51aは、第一電極3または第二電極1と隣接されている。さらに結合部51aが第一電極3または第二電極1と結合を形成することで、機能部51cが表面に露出した有機層が形成されている。有機層に含まれる複数の有機物51の大部分は、結合部51aが第一電極3または第二電極1側に配置され、機能部51cが半導体層2側に配置される。機能部51cと半導体膜2との電気的相互作用により第一電極3または第二電極1と半導体層2との接合状態を制御することができる。基材が第一電極3側の場合は、有機層は第一電極3と半導体層の間にあることが好ましい。 In addition, a schematic diagram of the organic material of the organic layer is shown in FIG. The organic layer may have a plurality of organic substances 51 schematically shown in FIG. The organic substance 51 has a coupling portion 51a and a functional portion 51c. Although details will be described later, the organic substance 51 has a linker portion 51b between the binding portion 51a and the functional portion 51c. Not all of the bonding portions 51a included in the organic substance 51 are adjacent to the first electrode 3 or the second electrode 1, but most of the bonding portions 51a are connected to the first electrode 3 or the second electrode 1. It is adjacent. Further, the coupling portion 51a forms a coupling with the first electrode 3 or the second electrode 1 to form an organic layer in which the functional portion 51c is exposed on the surface. In most of the plurality of organic substances 51 included in the organic layer, the coupling portion 51a is arranged on the first electrode 3 or the second electrode 1 side, and the functional portion 51c is arranged on the semiconductor layer 2 side. The electrical interaction between the functional portion 51c and the semiconductor film 2 can control the bonding state between the first electrode 3 or the second electrode 1 and the semiconductor layer 2. When the substrate is on the first electrode 3 side, the organic layer is preferably between the first electrode 3 and the semiconductor layer.

結合部51aとして具体的には以下の化学式に示す構造から選ばれる。特に、金、銀及び銅に対して良好な結合を形成し緻密な有機層3を形成することができるため、結合部51aは、硫黄原子を含む構造を有することが好ましく、チオール構造を有することがより好ましい。
The bonding portion 51a is specifically selected from the structures represented by the following chemical formulas. In particular, the bonding portion 51a preferably has a structure containing a sulfur atom, and has a thiol structure, because it can form a good bond with gold, silver, and copper to form the dense organic layer 3. Is more preferable.

機能部51cとしては、電子供与性置換基又は電子求引性置換基を用いることができる。機能部51cとしてより具体的には、水素、ハロゲン、ニトロ基、アルキル基(例えばメチル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基等)、シアノ基、アリール基(例えばフェニル基、ナフチル基、チエニル基等)、ハロアリール基(例えばペンタフルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、3,4,5−トリフルオロフェニル基等)、アルケニル基、アルキニル基、アミド基、アシル基、アルキルカルボニル基、カルボキシ基、アルコキシ基(例えばメトキシ基等)、アリールオキシ基(例えばフェノキシ基、ナフチル基等)、ハロアルキル基(例えばパーフルオロアルキル基等)、チオシアノ基、アルキルスルフォニル基、スルフォンアミド基、アミノ基、アルキルアミノ基(例えばメチルアミノ基等)、ジアルキルアミノ基(例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等)、水酸基等を用いることができる。特に、アリール基等のπ共役構造を有する機能部51cは、第一電極3側に有機層がある場合、第一電極3から第二電極1方向のキャリア輸送能を向上することができるため、アリール基等のπ共役構造を有する機能部51cは好ましい。 As the functional part 51c, an electron donating substituent or an electron withdrawing substituent can be used. More specifically, the functional unit 51c is more specifically hydrogen, halogen, nitro group, alkyl group (eg, methyl group, isopropyl group, tert-butyl group, etc.), cyano group, aryl group (eg, phenyl group, naphthyl group, thienyl group, etc.). ), haloaryl groups (eg, pentafluorophenyl group, 3-fluorophenyl group, 3,4,5-trifluorophenyl group, etc.), alkenyl group, alkynyl group, amide group, acyl group, alkylcarbonyl group, carboxy group, alkoxy. Group (eg, methoxy group), aryloxy group (eg, phenoxy group, naphthyl group, etc.), haloalkyl group (eg, perfluoroalkyl group, etc.), thiocyano group, alkylsulfonyl group, sulfonamide group, amino group, alkylamino group ( For example, a methylamino group etc.), a dialkylamino group (eg dimethylamino group, diethylamino group etc.), a hydroxyl group and the like can be used. In particular, the functional portion 51c having a π-conjugated structure such as an aryl group can improve the carrier transport ability from the first electrode 3 to the second electrode 1 when the organic layer is on the first electrode 3 side. The functional part 51c having a π-conjugated structure such as an aryl group is preferable.

第一電極3側に有機層がある場合、機能部51cを電子供与性置換基にするか電子求引性置換基にするかは、第一電極3のフェルミエネルギー(EF1)、半導体のエネルギー準位EOSC(P型半導体であればHOMOのエネルギー準位、N型半導体であればLUMOのエネルギー準位)及び第二電極1のフェルミエネルギー(EF2)の関係で選択することが好ましい。すなわち、EF1<EOSCかつEF2<EOSCの場合及び、EF1>EOSCかつEF2<EOSCの場合に機能部51cとして電子供与性置換基を選択することで、第一電極3から第二電極1へ流れる電流方向ではショットキー接合となり、第二電極1から第一電極3へ流れる電流方向ではオーミック接合となるショットキーダイオードを形成することができる。また、EF1>EOSCかつEF2>EOSCの場合及び、EF1<EOSCかつEF2>EOSCの場合に機能部51cとして電子求引性置換基を選択することで、第一電極3から第二電極1へ流れる電流方向ではオーミック接合となり、第二電極1から第一電極3へ流れる電流方向ではショットキー接合となるショットキーダイオードを形成することができる。 When there is an organic layer on the first electrode 3 side, whether the functional part 51c is an electron-donating substituent or an electron-withdrawing substituent is determined by the Fermi energy (EF1) of the first electrode 3 and the energy level of the semiconductor. EOSC (HOMO energy level for P-type semiconductor, LUMO energy level for N-type semiconductor) and Fermi energy (EF2) of the second electrode 1 are preferably selected. That is, in the case of EF1<EOSC and EF2<EOSC, and in the case of EF1>EOSC and EF2<EOSC, by selecting an electron donating substituent as the functional unit 51c, the current flowing from the first electrode 3 to the second electrode 1 is selected. A Schottky diode that forms a Schottky junction in the direction and an ohmic junction in the direction of the current flowing from the second electrode 1 to the first electrode 3 can be formed. Further, in the case of EF1>EOSC and EF2>EOSC, and in the case of EF1<EOSC and EF2>EOSC, the electron-withdrawing substituent is selected as the functional part 51c to flow from the first electrode 3 to the second electrode 1. It is possible to form a Schottky diode that has an ohmic junction in the current direction and a Schottky junction in the current direction from the second electrode 1 to the first electrode 3.

電子供与性置換基としては、例えば、アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリール基、水酸基を用いることが好ましい。電子求引性置換基としては例えば、ハロゲン、シアノ基、ハロアリール基、ハロアルキル基を用いることが好ましい。 As the electron-donating substituent, for example, an alkyl group, an amino group, an alkylamino group, a dialkylamino group, an aryl group or a hydroxyl group is preferably used. As the electron-withdrawing substituent, for example, halogen, cyano group, haloaryl group or haloalkyl group is preferably used.

また、有機物51は、結合部51aと機能部51cとの間にリンカー部を有していてもよい。図2に示すように、本実施形態における有機物51よるショットキーダイオードは、リンカー部51bを有している。リンカー部51bを有することで緻密で平坦な有機層を形成することができ、ショットキーダイオードのダイオード特性を向上することができる。 In addition, the organic substance 51 may have a linker portion between the binding portion 51a and the functional portion 51c. As shown in FIG. 2, the Schottky diode made of the organic material 51 in this embodiment has a linker portion 51b. By including the linker portion 51b, a dense and flat organic layer can be formed, and the diode characteristics of the Schottky diode can be improved.

リンカー部51bの長さは、長すぎると第一電極3に結合した有機物51が折れ曲がってしまい有機層の緻密性や平坦性が低下する。有機層の緻密性及び平坦性向上の効果を得るために、リンカー部51bの長さは5nm以下であることが好ましく、より好ましくは2.5nm以下である。 If the length of the linker portion 51b is too long, the organic material 51 bonded to the first electrode 3 is bent, and the compactness and flatness of the organic layer are reduced. In order to obtain the effect of improving the denseness and flatness of the organic layer, the length of the linker portion 51b is preferably 5 nm or less, more preferably 2.5 nm or less.

リンカー部51bの構造としては、アルキル鎖、パーフルオロアルキル鎖、ポリエチレンオキシド鎖、ポリプロピレンオキシド鎖又はこれら4種類のうち2種類以上を含む構造を用いることができる。特に炭素数2以上40以下の直鎖アルキル鎖構造のリンカー部51bを有する有機物51は、より緻密な有機層5を形成することができるため好ましい。リンカー部51bは分岐構造が導入されてもよい。 As the structure of the linker portion 51b, an alkyl chain, a perfluoroalkyl chain, a polyethylene oxide chain, a polypropylene oxide chain, or a structure containing two or more of these four kinds can be used. In particular, the organic substance 51 having the linker portion 51b having a linear alkyl chain structure having 2 to 40 carbon atoms is preferable because the denser organic layer 5 can be formed. A branched structure may be introduced into the linker portion 51b.

有機層は、塗布等のコーティング技術によって形成することができる。具体的には、有機層5の形成には、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、ダイコート、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転転写印刷等の形成方法が利用できる。有機物51の結合部51aと第一電極3または第二電極1との間に結合が形成されるため、有機層の形成材料をコーティング後にコーティングした形成材料を溶媒でリンスすることで、有機物51の1分子以上が積層された有機層を得ることができる。 The organic layer can be formed by a coating technique such as coating. Specifically, formation methods such as spin coating, dip coating, spray coating, die coating, inkjet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, and reverse transfer printing can be used for forming the organic layer 5. Since a bond is formed between the bonding portion 51a of the organic material 51 and the first electrode 3 or the second electrode 1, by rinsing the coating material coated with the organic layer forming material with a solvent, the organic material 51 An organic layer in which one or more molecules are stacked can be obtained.

有機層の膜厚は、ダイオードのエネルギーロス及び発熱量を低減でき、低消費電力かつ信頼性の高いダイオードを実現する観点から、0.1nm以上であることが好ましく、0.5nm以上であることがより好ましい。また、同様の観点から10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることが好ましい。 The film thickness of the organic layer is preferably 0.1 nm or more, and is 0.5 nm or more, from the viewpoint of reducing the energy loss and heat generation of the diode and realizing a diode with low power consumption and high reliability. Is more preferable. From the same viewpoint, it is preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less.

〔半導体素子の製造方法〕
本実施形態の半導体素子の製造方法は、無機半導体粒子と、比誘電率が3以上150以下の有機化合物と、1種以上の溶媒と、を含む塗布液を、有機層と電極とを備える基板、又は、電極を備える基板に塗布し塗布膜を得る塗布工程と、前記塗布液を20℃以上300℃以下の乾燥温度で乾燥させて、前記塗布液から前記溶媒の少なくとも一部を除去して、半導体層を形成する乾燥工程と、を含む。
[Method for manufacturing semiconductor element]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is a substrate provided with an organic layer and an electrode, a coating liquid containing inorganic semiconductor particles, an organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, and one or more solvents. Alternatively, a coating step of coating on a substrate provided with an electrode to obtain a coating film, and drying the coating liquid at a drying temperature of 20° C. or higher and 300° C. or lower to remove at least a part of the solvent from the coating liquid. And a drying step of forming a semiconductor layer.

上記塗布工程と乾燥工程を有する方法であれば特に制限されず、本実施形態の半導体素子の製造方法は、一態様として、基板上に第一電極を形成する第一電極形成工程と、第一電極を備える基板の第一電極上に塗布液を塗布し塗布膜を得る上記塗布工程と、第一電極上に半導体層を形成する上記乾燥工程と、形成された半導体層上にさらに第二電極を形成する第二電極形成工程と、をこの順で有してもよい。 It is not particularly limited as long as it is a method including the coating step and the drying step. The coating step of applying a coating liquid on the first electrode of the substrate having electrodes to obtain a coating film, the drying step of forming a semiconductor layer on the first electrode, and the second electrode on the formed semiconductor layer. And a second electrode forming step of forming.

また、別態様として、本実施形態の半導体素子の製造方法は、基板上に第一電極を形成する第一電極形成工程と、第一電極を備える基板の第一電極上に有機層を形成する有機層形成工程と、有機層と電極とを備える基板の有機層上に塗布液を塗布し塗布膜を得る上記塗布工程と、有機層上に半導体層を形成する上記乾燥工程と、形成された半導体層上にさらに第二電極を形成する第二電極形成工程と、をこの順で有してもよい。 As another aspect, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a first electrode forming step of forming a first electrode on a substrate, and forming an organic layer on the first electrode of a substrate including the first electrode An organic layer forming step, an applying step of applying a coating liquid on an organic layer of a substrate including an organic layer and an electrode to obtain a coating film, and a drying step of forming a semiconductor layer on the organic layer are formed. A second electrode forming step of further forming a second electrode on the semiconductor layer may be included in this order.

以下、各工程について説明する。 Hereinafter, each step will be described.

〔第一電極形成工程〕
第一電極形成工程は、基板上に第一電極を形成する工程である。上記各態様における、電極のパターニング方法としては、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ダイコート法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転転写印刷等の方法が採用可能である。また、電極のパターニング方法としては、真空装置を用いた蒸着法を採用してもよい。
[First electrode forming step]
The first electrode forming step is a step of forming a first electrode on the substrate. As the electrode patterning method in each of the above aspects, for example, methods such as spin coating, dip coating, spray coating, die coating, inkjet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, and reverse transfer printing can be adopted. Is. Further, as a method of patterning the electrodes, a vapor deposition method using a vacuum device may be adopted.

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

〔有機層形成工程〕
有機層形成工程は、第一電極を備える基板の第一電極上に有機層を形成する工程である。当該工程は任意に行うことができる。有機層のパターニング方法としても、電極と同様に、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ダイコート法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転転写印刷等の方法が採用可能である。
[Organic layer forming step]
The organic layer forming step is a step of forming an organic layer on the first electrode of the substrate having the first electrode. This step can be performed arbitrarily. As the method of patterning the organic layer, for example, spin coating method, dip coating method, spray coating method, die coating method, ink jet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, reverse transfer printing, etc. are adopted in the same manner as the electrode. It is possible.

〔塗布工程〕
塗布工程は、無機半導体粒子と、比誘電率が3以上150以下の有機化合物と、1種以上の溶媒と、を含む塗布液を、有機層と電極とを備える基板、又は、電極を備える基板に塗布し塗布膜を得る工程である。塗布膜のパターニング方法としても、電極と同様に、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ダイコート法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転転写印刷等の方法が採用可能である。
[Coating process]
In the coating step, a coating liquid containing inorganic semiconductor particles, an organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, and one or more kinds of solvents, a substrate provided with an organic layer and electrodes, or a substrate provided with electrodes. Is a step of applying a coating film to obtain a coating film. As for the method of patterning the coating film, similar to the method of electrodes, for example, spin coating method, dip coating method, spray coating method, die coating method, inkjet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, reverse transfer printing, etc. are adopted. It is possible.

例えば、基板/電極/有機層/半導体層/電極という構造を有するダイオードを製造する場合、塗布工程は、塗布液を電極または有機層が形成された基板に塗布し塗布膜を得る工程、である。 For example, in the case of manufacturing a diode having a structure of substrate/electrode/organic layer/semiconductor layer/electrode, the coating step is a step of coating a coating liquid on a substrate on which an electrode or an organic layer is formed to obtain a coating film. ..

(塗布液)
塗布液は、無機半導体粒子と、比誘電率が3以上150以下の有機化合物(有機誘電体)と、1種以上の溶媒と、を含む。無機半導体粒子、有機誘電体、溶媒は各種2種類以上混合してもよい。無機半導体粒子と、比誘電率が3以上150以下の有機化合物については、上述したものと同様のものを上げることができる。塗布液に含まれる無機半導体粒子としては、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる1種以上が好ましい。
(Coating liquid)
The coating liquid contains inorganic semiconductor particles, an organic compound (organic dielectric) having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, and one or more kinds of solvents. Two or more kinds of inorganic semiconductor particles, organic dielectrics and solvents may be mixed. Regarding the inorganic semiconductor particles and the organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less, the same ones as described above can be used. The inorganic semiconductor particles contained in the coating liquid are preferably one or more selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles.

(溶媒)
塗布液に含まれる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。
(solvent)
The solvent contained in the coating liquid is not particularly limited, but for example, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol. , N-butanol, t-butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, Propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n-butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, ketones such as methyl ethyl ketone, benzene, xylene, toluene, phenol, aniline , Aromatics such as diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran, butyl lactate, and N-methylpyrrolidone. It is also possible to use these in a mixture.

(界面活性剤)
また、塗布液は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルメチルアンモニウム塩、が挙げられる。両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタインが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグリコシド、脂肪酸時エタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルが挙げられる。
(Surfactant)
The coating liquid may also contain a surfactant. Examples of the surfactant include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants and nonionic surfactants. Specifically, the anionic surfactant is not particularly limited, but examples thereof include fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkylbenzene sulfonate, and monoalkyl phosphate. The cationic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include alkyl trimethyl ammonium salt, dialkyl dimethyl ammonium salt, and alkyl benzyl methyl ammonium salt. Examples of the amphoteric surfactant include alkyldimethylamine oxide and alkylcarboxybetaine. The nonionic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglycoside, fatty acid-time ethanolamide, and alkyl monoglyceryl ether.

塗布工程の前に塗布液準備工程を有していてもよい。塗布液準備工程は、無機半導体粒子、有機誘電体、1種以上の溶媒から塗布液を調製する工程である。溶媒は、無機半導体粒子と有機誘電体を溶解もしくは分散させるための液体である。無機半導体粒子、有機誘電体、1種以上の溶媒を混合して、半導体層形成用の塗布液を得る。ここで、溶媒は、有機誘電体とは異なるものである。溶媒は上述したものが使用される。 You may have a coating liquid preparation process before a coating process. The coating liquid preparation step is a step of preparing a coating liquid from inorganic semiconductor particles, an organic dielectric, and at least one solvent. The solvent is a liquid for dissolving or dispersing the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric. The inorganic semiconductor particles, the organic dielectric, and one or more kinds of solvents are mixed to obtain a coating liquid for forming a semiconductor layer. Here, the solvent is different from the organic dielectric. As the solvent, those mentioned above are used.

半導体層形成用の塗布液に含まれる無機半導体粒子の含有量は、塗布液の総量に対して、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%がさらに好ましい。また、同含有量は、49.9質量%以下が好ましく、40質量%以下が好ましい。無機半導体粒子の含有量が上記範囲内であることにより、塗布液の安定性が向上する、また、塗布後に最適な膜厚となる傾向にある。 The content of the inorganic semiconductor particles contained in the coating liquid for forming the semiconductor layer is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass, based on the total amount of the coating liquid. Further, the same content is preferably 49.9 mass% or less, and preferably 40 mass% or less. When the content of the inorganic semiconductor particles is within the above range, the stability of the coating liquid tends to be improved, and the film thickness tends to be optimum after coating.

半導体層形成用の塗布液に含まれる比誘電率が3以上150以下の有機化合物(即ち、有機誘電体)の含有量は、塗布液の総量に対して、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%がさらに好ましい。また、同含有量は、49.9質量%以下が好ましく、40質量%以下が好ましい。比誘電率が3以上150以下の有機化合物の含有量が上記範囲内であることにより、塗布液の安定性が向上する、また、塗布後に最適な膜厚となる傾向にある。 The content of the organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less (that is, an organic dielectric) contained in the coating liquid for forming the semiconductor layer is preferably 0.1% by mass or more based on the total amount of the coating liquid, 0.5% by mass is more preferable. Further, the same content is preferably 49.9 mass% or less, and preferably 40 mass% or less. When the content of the organic compound having a relative dielectric constant of 3 or more and 150 or less is within the above range, the stability of the coating solution is improved, and the optimum film thickness tends to be obtained after coating.

半導体層形成用の塗布液に含まれる溶媒の含有量は、粘度を調整して塗布液を扱い易くする観点から、塗布液の総量に対して、0.2質量%以上が好ましく、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。また、同含有量は、99.8質量%以下が好ましく、98.5質量%以下であることが好ましい。 The content of the solvent contained in the coating liquid for forming the semiconductor layer is preferably 0.2% by mass or more, and 1% by mass, based on the total amount of the coating liquid, from the viewpoint of adjusting the viscosity and making the coating liquid easy to handle. The above is preferable and 5 mass% or more is more preferable. Further, the same content is preferably 99.8% by mass or less, and preferably 98.5% by mass or less.

〔乾燥工程〕
乾燥工程は、塗布液を20℃以上300℃以下の乾燥温度で乾燥させて、塗布液から有機の少なくとも一部を除去して、半導体層を形成する工程である。この乾燥工程は、従来の高温焼結とは異なる低温プロセスである。「低温プロセス」とは、本実施形態において20℃以上、300℃以下の温度領域のこという。この領域の温度では、樹脂基板が利用できるようになり、工業プロセス上、非常に重要な温度領域である。この乾燥工程の温度領域は20℃以上300℃以下が好ましく、より好ましくは20℃以上、200℃以下がよく、さらに好ましくは20℃以上、150℃以下である。150℃以下になると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、アクリル板、紙などの安い汎用基板が利用できるので最適である。
[Drying process]
The drying step is a step of drying the coating liquid at a drying temperature of 20° C. or higher and 300° C. or lower to remove at least a part of the organic substance from the coating liquid to form a semiconductor layer. This drying step is a low temperature process that differs from conventional high temperature sintering. The “low temperature process” refers to a temperature range of 20° C. or higher and 300° C. or lower in this embodiment. At the temperature in this region, the resin substrate can be used, which is a very important temperature region in the industrial process. The temperature range of this drying step is preferably 20°C or higher and 300°C or lower, more preferably 20°C or higher and 200°C or lower, and further preferably 20°C or higher and 150°C or lower. When the temperature is 150°C or lower, inexpensive general-purpose substrates such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic plate and paper can be used, which is optimal.

半導体素子の半導体層を印刷方法又は塗布方法で形成する場合は、この塗布工程と乾燥工程とを実行して半導体層を形成すことが好ましい。また、塗布工程で用いる塗布液を準備する工程(即ち、塗布液準備工程)は、塗布工程と同一の製造ラインで行ってもよいし、塗布工程とは別の製造ラインや別の製造工場で行ってもよい。また、塗布液を社外から購入するようにしてもよい。なお、本発明において印刷は塗布の一態様であり、塗布液は印刷液、塗布工程は印刷工程と言い換えてもよい。塗布工程における塗布方法又は印刷方法の具体例として、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ダイコート法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、反転転写印刷などが挙げられる。 When the semiconductor layer of the semiconductor element is formed by a printing method or a coating method, it is preferable to perform the coating step and the drying step to form the semiconductor layer. Further, the step of preparing the coating liquid used in the coating step (that is, the coating liquid preparation step) may be performed on the same production line as the coating step, or on a manufacturing line different from the coating step or another manufacturing factory. You can go. Alternatively, the coating liquid may be purchased from outside the company. In the present invention, printing is one mode of application, the application liquid may be the printing liquid, and the application process may be the printing process. Specific examples of the coating method or printing method in the coating step include spin coating, dip coating, spray coating, die coating, inkjet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, reverse transfer printing, and the like.

〔第二電極形成工程〕
第二電極形成工程は、形成された半導体層上にさらに第二電極を形成する工程である。上記各態様における、第二電極のパターニング方法としては、第一電極のパターニング方法と同様のものが挙げられる。
[Second electrode forming step]
The second electrode forming step is a step of further forming a second electrode on the formed semiconductor layer. As the patterning method of the second electrode in each of the above aspects, the same method as the patterning method of the first electrode can be mentioned.

本実施形態の製造方法により得られる半導体素子は、ダイオードが好ましく、特に、有機材料である基板上に形成されたダイオードであることが好ましい。 The semiconductor element obtained by the manufacturing method of the present embodiment is preferably a diode, and particularly preferably a diode formed on a substrate made of an organic material.

<本実施形態の効果>
本実施形態によれば、図1に示したように、半導体粒子21と有機誘電体22とを混合して、半導体素子の半導体層として、無機半導体粒子と有機誘電体とのコンポジット膜を形成する。このコンポジット膜では、キャリアの伝導パスが多く、さらにキャリアトラップや再結合が抑制される。また、このコンポジット膜では周辺酸素を遮断できる。その結果、キャリアの流れる量が増え、キャリアの移動速度も速くなる。これにより、高周波数を整流でき、かつ、空気中でも安定した(即ち、空気と触れても化学変化が生じにくく、劣化しにくい)半導体素子を提供することができる。
<Effects of this embodiment>
According to this embodiment, as shown in FIG. 1, the semiconductor particles 21 and the organic dielectric 22 are mixed to form a composite film of inorganic semiconductor particles and an organic dielectric as a semiconductor layer of a semiconductor element. .. In this composite film, there are many carrier conduction paths, and further carrier traps and recombination are suppressed. Also, this composite film can block ambient oxygen. As a result, the amount of carriers flowing increases and the moving speed of carriers also increases. This makes it possible to provide a semiconductor element that can rectify a high frequency and that is stable even in air (that is, it does not easily undergo a chemical change even when it comes into contact with air and does not easily deteriorate).

また、無機半導体粒子と有機誘電体とを含む半導体層は、真空系プロセス等を必要とせず、低コストかつ低温プロセスでの形成が可能であり、塗布法又は印刷法のように非真空系プロセスで形成することができる。これにより、半導体素子の製造コストを低減することが可能となる。 Further, the semiconductor layer containing the inorganic semiconductor particles and the organic dielectric does not require a vacuum process or the like, and can be formed by a low cost and low temperature process, and a non-vacuum process such as a coating method or a printing method. Can be formed with. This makes it possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor element.

このように、本実施形態によれば、非真空系プロセスで製造可能であり、より動作周波数の高い半導体素子を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor element which can be manufactured by a non-vacuum process and has a higher operating frequency.

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.

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

(1)平均粒子径
(金属酸化物粒子)
平均粒子径は、粒子径が1μm以上の場合は、卓上走査顕微鏡CarryScopeJCM5100(JEOL社製)を用いて測定した。合計10点の粒子径を測定し、その平均値を、平均粒子径とした。
(1) Average particle size (metal oxide particles)
When the particle diameter was 1 μm or more, the average particle diameter was measured using a desk-top scanning microscope CarryScope JCM5100 (manufactured by JEOL). The particle size was measured at a total of 10 points, and the average value was defined as the average particle size.

また、粒子径が1μm未満の場合は、透過型電子顕微鏡(TEM)HF−2000(株式会社日立製作所社製)を用いて測定した。具体的な測定方法として、酸化チタン分散液TKS201(アナターゼタイプ、テイカ社製、固形分33質量%)を例にとり、説明する。まず、酸化チタン分散液を2000倍まで希釈し、この希薄分散液を超音波分散させ、メッシュに浸み込ませたものを凍結乾燥させ、TEM測定用試料とした。この酸化チタンのTEM測定用試料をTEMで570000倍まで拡大し、観察した。得られた粒子画像のPixel数を算出し、そのPixel数から以下の式[1]、式[2]により各粒子を真円と換算した直径を算出した。
真円換算半径=(Pixel数/π)2…[1]
真円換算直径=真円換算半径×0.22×2…[2]
上記の方法で合計100点(現状の点数)の粒子の真円換算直径を測定し、その平均値を、平均粒子径とした。
Moreover, when the particle diameter was less than 1 μm, it was measured using a transmission electron microscope (TEM) HF-2000 (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a specific measuring method, a titanium oxide dispersion liquid TKS201 (anatase type, manufactured by Teika, solid content 33% by mass) will be described as an example. First, the titanium oxide dispersion liquid was diluted to 2000 times, the diluted dispersion liquid was ultrasonically dispersed, and the product soaked in the mesh was freeze-dried to obtain a TEM measurement sample. The TEM measurement sample of this titanium oxide was magnified up to 570000 times with a TEM and observed. The Pixel number of the obtained particle image was calculated, and the diameter obtained by converting each particle into a perfect circle was calculated from the Pixel number by the following formulas [1] and [2].
Perfect circle conversion radius = (Pixel number/π) 2 ... [1]
True circle equivalent diameter = True circle equivalent radius x 0.22 x 2... [2]
The total circle conversion diameter of 100 particles (current number of particles) was measured by the above method, and the average value was defined as the average particle diameter.

(シリコン粒子)
シリコン粒子に関しては、顕微鏡により100個の粒子を無作為に選択し、画像解析を用いて円相当径で評価した粒子直径の算術平均値を平均粒子径とした。顕微鏡としてキーエンス社製のデジタルマイクロスコープを用いた。なお、粒子径1μm未満の場合は、金属酸化物粒子と同様な方法で、粒子径を測定することができる。
(Silicon particles)
Regarding silicon particles, 100 particles were randomly selected with a microscope, and the arithmetic mean value of the particle diameters evaluated by the equivalent circle diameter using image analysis was taken as the average particle diameter. A digital microscope manufactured by Keyence Corporation was used as a microscope. When the particle size is less than 1 μm, the particle size can be measured by the same method as for the metal oxide particles.

(化合物半導体粒子)
化合物半導体粒子に関しては、金属酸化物粒子と同様な方法で、粒子径を測定することができる。
(Compound semiconductor particles)
Regarding the compound semiconductor particles, the particle size can be measured by the same method as for the metal oxide particles.

(2)比誘電率
比誘電率は、測定周波数を1kHz、測定温度を23℃とし、インピーダンス法で測定した値をいう。具体的には、LCRメーター(Agilent製4284AのPRESISIONLCRメーター)を用いて、下記式[3]より求めた。
サンプルの誘電率=(電極間距離×静電容量)/(電極の面積×真空の誘電率)…[3]
(ただし、真空の誘電率は8.854×10-12(F/m)である。)
(2) Specific permittivity The specific permittivity is a value measured by an impedance method at a measurement frequency of 1 kHz and a measurement temperature of 23°C. Specifically, it was determined from the following formula [3] using an LCR meter (4284A PRESISION LCR meter manufactured by Agilent).
Dielectric constant of sample=(distance between electrodes×electrostatic capacity)/(area of electrode×dielectric constant of vacuum)... [3]
(However, the dielectric constant of vacuum is 8.854×10 −12 (F/m).)

サンプルが液体の場合、誘電率は、液体測定用の治具(Agilent製16452ALIQUID TEST FIXTURE)を用いて、液体に電極を挿入し測定する。 When the sample is a liquid, the dielectric constant is measured by inserting an electrode into the liquid using a jig for liquid measurement (16452 ALIQUID TEST FIXTURE made by Agilent).

サンプルが固体の場合、誘電率は、膜測定用の治具(Agilent製16451B DIELECTRIC TEST FIXTURE)を用いて、電極板上に膜を作製し、片方の電極で挟んで測定する。下記実施例1では、電極板上に膜を作製して比誘電率を測定した。 When the sample is a solid, the dielectric constant is measured by forming a film on the electrode plate using a film measuring jig (16451B DIELECTRIC TEST FIXTURE made by Agilent) and sandwiching the film with one electrode. In Example 1 below, a film was formed on an electrode plate and the relative dielectric constant was measured.

(3)膜厚
各層の膜厚は、vertscan2.0(株式会社菱化システム製)で測定した。各層について、任意に5か所の層厚を測定し、その平均を計算し、平均層厚とした。
(3) Film Thickness The film thickness of each layer was measured with vertscan 2.0 (manufactured by Ryoka System Inc.). For each layer, the layer thickness was arbitrarily measured at 5 locations, and the average thereof was calculated to obtain the average layer thickness.

(4)ダイオード特性の評価
装置としては、オシロスコープTBS1072B−EDU(テクトロニクス社製)とファンクション/任意波形発生器33210A(キーサイト社製)を用いた。まず、ダイオードの一方の電極を任意波形発生器に接続し、もう一方の電極を内部インピーダンス1MΩのオシロスコープに接続した。オシロスコープと任意波形発生器のグランドは共通させた。任意波形発生器から1MHzまたは100Hz、電圧(Vp−p)6Vまたは2Vの交流信号をダイオードに入力し、オシロスコープで電極の電位を測定した。
(4) Evaluation of diode characteristics As an apparatus, an oscilloscope TBS1072B-EDU (manufactured by Tektronix) and a function/arbitrary waveform generator 33210A (manufactured by Keysight) were used. First, one electrode of the diode was connected to an arbitrary waveform generator, and the other electrode was connected to an oscilloscope having an internal impedance of 1 MΩ. The oscilloscope and the arbitrary waveform generator have the same ground. An AC signal of 1 MHz or 100 Hz and a voltage (Vp-p) of 6 V or 2 V was input to the diode from the arbitrary waveform generator, and the potential of the electrode was measured with an oscilloscope.

[実施例1]
(基板Aの作製方法)
PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム基板に真空蒸着装置VPC1100(アルバック社製)を用いて金を60nm蒸着した。得られた金電極付きPENフィルムに対してUVオゾン処理を5分間行い、その後ドライ洗浄した。ドライ洗浄後のPENフィルムを、2−アミノエタンチオール5mM溶液(溶媒:エタノール)に16時間浸漬した。浸漬後のPENフィルムを、エタノールでリンスし、エアブローで乾燥し、アミノエタンチオール膜(有機層)付き基板Aを作製した。アミノエタンチオール膜の膜厚は1nmであった。
[Example 1]
(Method for producing substrate A)
Gold was vapor-deposited on a PEN (polyethylene naphthalate) film substrate to a thickness of 60 nm using a vacuum vapor deposition device VPC1100 (manufactured by ULVAC, Inc.). The obtained PEN film with a gold electrode was subjected to UV ozone treatment for 5 minutes and then dry-cleaned. The PEN film after the dry cleaning was immersed in a 2-aminoethanethiol 5 mM solution (solvent: ethanol) for 16 hours. The PEN film after immersion was rinsed with ethanol and dried by air blow to prepare a substrate A with an aminoethanethiol film (organic layer). The film thickness of the aminoethanethiol film was 1 nm.

(ダイオードの作製方法)
乳鉢を用いて、p型シリコンウエハ(3Ωcm)をエタノール溶媒中で粉砕し、粉砕されたシリコン粒子とエタノールとを含む液を得た。得られた液を撹拌し、初期に沈降する大きい粒子を除いた。その後、液を目開き37μmのナイロンメッシュでろ過し、粒子径37μm未満のシリコン粒子を除去した。得られたシリコン粒子(ろ物)の粒子径を測定したところ、粒子径は37μm以上150μm以下であり、平均粒子径は、60μmであった。
(Method for manufacturing diode)
A p-type silicon wafer (3 Ωcm) was crushed in an ethanol solvent using a mortar to obtain a liquid containing crushed silicon particles and ethanol. The resulting liquid was agitated to remove large particles that initially settled. Then, the liquid was filtered through a nylon mesh having an opening of 37 μm to remove silicon particles having a particle diameter of less than 37 μm. When the particle size of the obtained silicon particles (filtrate) was measured, the particle size was 37 μm or more and 150 μm or less, and the average particle size was 60 μm.

一方、有機誘電体として、グリセリンと20%シアノエチルポリビニルアルコール(溶媒:2メトキシエタノール)と20%シアノエチルサッカロース(溶媒:2メトキシエタノール)を混合し、混合液Aを作製した。有機誘電体の混合重量比は、グリセリン:シアノエチルポリビニルアルコール:シアノエチルサッカロース=0.4:0.26:0.34とした。 On the other hand, as an organic dielectric, glycerin, 20% cyanoethyl polyvinyl alcohol (solvent: 2 methoxy ethanol) and 20% cyanoethyl saccharose (solvent: 2 methoxy ethanol) were mixed to prepare a mixed liquid A. The mixing weight ratio of the organic dielectric was glycerin:cyanoethyl polyvinyl alcohol:cyanoethyl saccharose=0.4:0.26:0.34.

上記シリコン粒子と上記混合液Aを、シリコン粒子と有機誘電体が重量比で1:1となるように混合した。さらに、得られた混合液に対して、粘度調整用にシリコン粒子の重量の2倍の重量のエタノールを混合し、混合液Bを作製した。 The silicon particles and the mixed solution A were mixed so that the weight ratio of the silicon particles and the organic dielectric was 1:1. Further, the obtained mixed liquid was mixed with ethanol in an amount twice as much as the weight of the silicon particles for adjusting the viscosity, to prepare a mixed liquid B.

得られた混合液Bを用いてスピンコート法(2000rpm×30秒)で基板Aの上に塗布膜を形成した。その後、塗布膜を120℃で3分間乾燥し、2メトキシエタノールを除くことにより、半導体層を成膜した。得られた半導体層の膜厚は350μmであった。 A coating film was formed on the substrate A by spin coating (2000 rpm×30 seconds) using the obtained mixed liquid B. After that, the coating film was dried at 120° C. for 3 minutes and 2-methoxyethanol was removed to form a semiconductor layer. The thickness of the obtained semiconductor layer was 350 μm.

最後に、得られた半導体層の上に、真空蒸着装置VPC1100(アルバック社製)を用いて金を70nm蒸着することにより電極を形成し、半導体素子を得た。 Finally, an electrode was formed by vapor-depositing 70 nm of gold on the obtained semiconductor layer using a vacuum vapor deposition device VPC1100 (manufactured by ULVAC) to obtain a semiconductor element.

[比較例1]
PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム基板に真空蒸着装置VPC1100(アルバック社製)を用いて金を50nm蒸着した。得られた金電極付きPENフィルムに対してUVオゾン処理を5分間行い、その後ドライ洗浄した。ドライ洗浄後のPENフィルムに対して、真空蒸着装置VPC1100(アルバック社製)を用いて、フタロシアニン銅を蒸着し、半導体層を成膜した。得られた半導体層の膜厚は、160nmであった。最後に、得られた半導体層の上に、真空蒸着装置VPC1100(アルバック社製)を用いてアルミニウムを60nm蒸着することにより電極を形成し、半導体素子を得た。
[Comparative Example 1]
Gold was vapor-deposited on a PEN (polyethylene naphthalate) film substrate to a thickness of 50 nm using a vacuum vapor deposition device VPC1100 (manufactured by ULVAC, Inc.). The obtained PEN film with a gold electrode was subjected to UV ozone treatment for 5 minutes and then dry-cleaned. Phthalocyanine copper was vapor-deposited on the PEN film after dry cleaning using a vacuum vapor deposition device VPC1100 (manufactured by ULVAC) to form a semiconductor layer. The thickness of the obtained semiconductor layer was 160 nm. Finally, an electrode was formed by vapor-depositing aluminum to a thickness of 60 nm on the obtained semiconductor layer using a vacuum vapor deposition device VPC1100 (manufactured by ULVAC) to obtain a semiconductor element.

(ダイオード特性の評価結果)
図3に、実施例1(実線)の半導体素子の電流−電圧特性(整流性)を示す。図3により、実施例1で得られた半導体素子は、一方向に電流が流れる素子(ダイオード)であることがわかった。
(Evaluation result of diode characteristics)
FIG. 3 shows current-voltage characteristics (rectifying property) of the semiconductor device of Example 1 (solid line). From FIG. 3, it was found that the semiconductor element obtained in Example 1 was an element (diode) through which a current flows in one direction.

また、図4に、100Hzの交流信号を実施例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示し、図5に、1MHzの交流信号を実施例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示す。その結果、実施例1のダイオードを用いることで、1MHz及び100Hzの交流信号を整流することに成功した。これにより、本発明によれば、印刷法で作製するダイオードとしては非常に高い周波数を整流できることが確認できた。 Further, FIG. 4 shows the results of the dynamic characteristics when an AC signal of 100 Hz was input to the diode of Example 1, and FIG. 5 shows the results of the dynamic characteristics when an AC signal of 1 MHz was input to the diode of Example 1. The results are shown. As a result, by using the diode of Example 1, it succeeded in rectifying the AC signals of 1 MHz and 100 Hz. From this, it was confirmed that according to the present invention, a very high frequency can be rectified as a diode manufactured by a printing method.

一方、図6に、0.1Hzの交流信号を比較例1のダイオードに入力したときの動特性の結果を示す。図6より、比較例1のダイオードを用いた場合には、0.1Hzと低い周波数にも関わらず、出力電圧が小さいことがわかる。さらに、交流信号を1Hzにすると、比較例1のダイオードでは整流されなかった。 On the other hand, FIG. 6 shows the results of the dynamic characteristics when an AC signal of 0.1 Hz was input to the diode of Comparative Example 1. From FIG. 6, it can be seen that when the diode of Comparative Example 1 is used, the output voltage is small despite the low frequency of 0.1 Hz. Furthermore, when the AC signal was set to 1 Hz, the diode of Comparative Example 1 was not rectified.

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

本発明は、半導体素子として、産業上の利用可能性を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has industrial applicability as a semiconductor device.

1 第二電極
2 半導体層
3 第一電極
4 基材
5 有機層
21 半導体粒子
22 有機誘電体
1 2nd electrode 2 semiconductor layer 3 1st electrode 4 base material 5 organic layer 21 semiconductor particles 22 organic dielectric

Claims (14)

第一電極と、
電子供与性置換基である機能部を有する有機物を含む、該第一電極上に形成された有機層と、
該有機層上に形成された、無機半導体粒子及び比誘電率が10以上、150以下の有機誘電体を含む半導体層と、
該半導体層上に形成された第二電極と、を備えた半導体素子であって、
前記有機誘電体の含有量が、前記半導体層の総量に対して、0.5〜90質量%であり、
前記無機半導体粒子の含有量が、前記半導体層の総量に対して、10〜99.5質量%である、
半導体素子。
A first electrode,
An organic layer formed on the first electrode , containing an organic substance having a functional part that is an electron-donating substituent ,
A semiconductor layer formed on the organic layer, containing inorganic semiconductor particles and an organic dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more and 150 or less;
A semiconductor element comprising a second electrode formed on the semiconductor layer,
The content of the organic dielectric is 0.5 to 90 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer,
The content of the inorganic semiconductor particles is 10 to 99.5 mass% with respect to the total amount of the semiconductor layer,
Semiconductor device.
前記無機半導体粒子が、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the inorganic semiconductor particles include at least one selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles. 前記有機誘電体が、フッ素系樹脂、水酸基含有有機化合物、及びシアノ基含有有機化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1又は2に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the organic dielectric contains at least one selected from the group consisting of a fluororesin, a hydroxyl group-containing organic compound, and a cyano group-containing organic compound. 前記有機誘電体が、シアノ基含有有機化合物を含む、請求項3に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 3, wherein the organic dielectric contains a cyano group-containing organic compound. 前記有機層が、硫黄原子を含む有機物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the organic layer contains an organic substance containing a sulfur atom. 前記有機層が、硫黄原子を含む構造を有する結合部と、前記機能部と、前記結合部と前記機能部との間の、アルキル鎖、パーフルオロアルキル鎖、ポリエチレンオキシド鎖、又はポリプロピレンオキシド鎖の一つ以上を含むリンカー部と、を有する前記有機物を含む、請求項5に記載の半導体素子。 The organic layer, and a coupling portion having a structure containing a sulfur atom, and the functional unit, between said coupling portion and the functional portion, the alkyl chain, perfluoroalkyl chains, polyethylene oxide chains, or polypropylene oxide chains The semiconductor device according to claim 5, comprising the organic substance having one or more linker parts. 前記有機層の膜厚が、0.1nm以上、10nm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the organic layer has a film thickness of 0.1 nm or more and 10 nm or less. 前記半導体素子が、ダイオードである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element is a diode. 無機半導体粒子と、比誘電率が10以上150以下の有機誘電体と、1種以上の溶媒と、を含む塗布液を、電子供与性置換基である機能部を有する有機物を含む有機層と電極とを備える基板に塗布し塗布膜を得る塗布工程と、
前記塗布膜を20℃以上300℃以下の乾燥温度で乾燥させて、前記塗布膜から前記溶媒の少なくとも一部を除去し、半導体層を形成する乾燥工程と、
形成された半導体層上にさらに第二電極を形成する第二電極形成工程と、を含む、
半導体素子の製造方法。
An organic layer and an electrode containing an organic material having a functional part which is an electron-donating substituent , a coating solution containing inorganic semiconductor particles, an organic dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more and 150 or less, and one or more solvents A coating step of applying a substrate to obtain a coating film;
A drying step of drying the coating film at a drying temperature of 20° C. or higher and 300° C. or lower to remove at least a part of the solvent from the coating film to form a semiconductor layer;
A second electrode forming step of further forming a second electrode on the formed semiconductor layer,
Manufacturing method of semiconductor device.
前記無機半導体粒子が、金属酸化物粒子、シリコン粒子、及び化合物半導体粒子からなる群より選ばれる1種以上を含み、
前記塗布液中の前記無機半導体粒子の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.1質量%以上、49.9質量%以下であり、
前記塗布液中の前記有機誘電体の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.1質量%以上、49.9質量%以下であり、
前記塗布液中の前記溶媒の含有量が、前記塗布液の総量に対して、0.2質量%以上、99.8質量%以下である、請求項9に記載の半導体素子の製造方法。
The inorganic semiconductor particles include at least one selected from the group consisting of metal oxide particles, silicon particles, and compound semiconductor particles,
The content of the inorganic semiconductor particles in the coating liquid is 0.1% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid,
The content of the organic dielectric in the coating liquid is 0.1% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid,
The method for manufacturing a semiconductor element according to claim 9, wherein the content of the solvent in the coating liquid is 0.2% by mass or more and 99.8% by mass or less with respect to the total amount of the coating liquid.
前記有機層が、硫黄原子を含む構造を有する結合部と、前記機能部と、前記結合部と前記機能部との間の、アルキル鎖、パーフルオロアルキル鎖、ポリエチレンオキシド鎖、又はポリプロピレンオキシド鎖の一つ以上を含むリンカー部と、を有する前記有機物を含む、請求項9又は10に記載の半導体素子の製造方法。 The organic layer, and a coupling portion having a structure containing a sulfur atom, and the functional unit, between said coupling portion and the functional portion, the alkyl chain, perfluoroalkyl chains, polyethylene oxide chains, or polypropylene oxide chains The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising the organic substance having one or more linker parts. 前記基板が有機材料であり、当該半導体素子としてダイオードを形成する、請求項9〜11のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor element according to claim 9, wherein the substrate is an organic material, and a diode is formed as the semiconductor element. 前記有機誘電体が、フッ素系樹脂、水酸基含有有機化合物、及びシアノ基含有有機化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項9〜12のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 12, wherein the organic dielectric contains at least one selected from the group consisting of a fluororesin, a hydroxyl group-containing organic compound, and a cyano group-containing organic compound. Method. 前記有機誘電体が、シアノ基含有有機化合物を含む、請求項13に記載の半導体素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the organic dielectric contains a cyano group-containing organic compound.
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