JPH083033B2 - 半導体製造用組成物 - Google Patents

半導体製造用組成物

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JPH083033B2
JPH083033B2 JP1066930A JP6693089A JPH083033B2 JP H083033 B2 JPH083033 B2 JP H083033B2 JP 1066930 A JP1066930 A JP 1066930A JP 6693089 A JP6693089 A JP 6693089A JP H083033 B2 JPH083033 B2 JP H083033B2
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iii
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進 田中
享二 帰山
愛造 山内
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工業技術院長
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、チオフェン系重合体を含む新規な半導体製
造用組成物に関するものである。
従来の技術 近年、各種産業機器の電子化が進み、機器の小型化並
びに高性能化が可能となった。この背景には、半導体、
集積回路、LSIなどの産業の成長が大きく貢献してお
り、今後も電子材料の利用範囲の拡大と需要増大が予測
される。
このような情勢において新規半導体の開発が重要な課
題となり、無機材料に加えて有機材料についての研究が
活発に行われているが、有機材料の中でも、高分子材料
は成形性、可塑性、可とう性に優れており、高分子半導
体の利用は特に広いものと期待され、多くの研究がなさ
れている。
これまで、高分子半導体として、ポリアセチレン、ポ
リフェニレンなどの重合体に対し、電子受容体をドープ
して半導体としての性質を付与したもの[ジャーナル・
オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ(J.Am.C
hem.Soc.)第100巻,第1013ページ(1978年)、シンセ
ティック・メタル(Synth.Met.)第1巻,第307ページ
(1980年)]や、陰イオンをドープしたポリチオフェン
[ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス(Jpn.J.of.Appl.Phys.)第22巻,第412ページ
(1983年)]などが知られている。
しかしながら、これらの有機半導体は一般に有機溶媒
に不溶であり、また、加熱しても溶融しないため成形性
が劣っている。
ポリアセチレンは酸素の作用を受けやすく、空気中で
不安定であり、実用上問題がある。また、ポリフェニレ
ンは安定性に優れている反面、ポリアセチレンと同様、
成形加工が困難である。ポリチオフェンは電解重合によ
り容易にドープされた重合体が電極表面上に得られる特
徴をもつが、溶媒には不溶である。最近、溶媒に可溶な
ポリチオフェン誘導体としてポリチオフィンのβ位に長
鎖アルキル基、又はメトキシ基を導入したポリ(3−ド
デシルチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)
が報告されている[マクロモレキュラー・ヘミー(Makr
omol.Chem.)第188巻,第1763ページ(1987年)、シン
セティック・メタル(Synth.Met.)第25巻,第277ペー
ジ(1988年)]が、前者はドーピング状態が不安定であ
り、また、後者は安定性には優れているものの、ドーピ
ング状態のポリマーは高沸点溶媒にしか溶解しない。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、ドーピング状態で汎用の低沸点溶媒
に溶解され、優れた成形性を有し、しかも、空気中で安
定な新規な半導体製造用組成物を得ることにある。
課題を解決するための手段 本発明者らは、このような半導体製造用組成物を得る
ために鋭意研究を重ねた結果、チオフェン重合体のチオ
フェンのβ位に比較的長鎖のアルコキシル基を導入し、
これに陰イオンをドープさせた有機半導体材料と特定の
低沸点有機溶媒とを組み合わせることにより、その目的
を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明
をなすに至った。
すなわち、本発明は、陰イオンをドープした、式 (式中のRは炭素数3〜8のアルキル基である) で示される繰り返し単位を有する重合体と塩化メチレ
ン、クロロホルム、ベンゼン及びアセトンの中から選ば
れた少なくとも1種の低沸点溶剤からなる半導体製造用
組成物を提供するものである。
本発明の組成物は、半導体としての性質を示す、陰イ
オンをドープした酸化状態の前記重合体が前記所定低沸
点溶倍に溶解されているので、成形性に優れている。前
記重合体にドープされる陰イオンとしては、過塩素酸イ
オン、塩素イオン、臭素イオン、硝酸イオン、硫酸イオ
ン、硫酸水素イオン、テトラクロロ鉄(III)酸イオ
ン、テトラクロロ銅(II)酸イオン、テトラブロモ鉄
(III)酸イオン、テトラブロモ銅(II)酸イオン、テ
トラフルオロホウ酸イオン、p−トルエンスルホン酸イ
オンなどが挙げられる。前記重合体は、中性状態では電
気的に絶縁体であるが、酸化状態では半導体としての性
質を示すようになる。
前記重合体は、例えば、式 (式中のRは炭素数3〜8のアルキル基である) で表わされるチオフェン系化合物を陰イオンを供給しう
る酸化剤の存在下で重合することにより製造することが
できる。得られた重合体は使用した酸化剤の陰イオンが
ドープされている。
この重合体にアンモニアを反応させることにより、ド
ーパントを除き、中性状態の重合体を得ることができ
る。ドーパントの除去は導電性基盤上にキャストフィル
ムを作り、これを電気化学的に脱ドープすることによっ
ても行われる。
重合は窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気で行うのが
有利である。このように、不活性雰囲気下で行うことに
より、反応中間体が酸素と化合して副生物が生じるのを
防ぐことができる。また、この際の反応溶媒としては、
アセトニトリル、クロロホルム、塩化メチレン、ニトロ
ベンゼン、ニトロメタン、ベンゾニトリル、炭酸プロピ
レン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジ
メチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホルトリアミ
ド、1−メチル−2−ピロリジノンなどから選ぶことが
できる。
陰イオンを供給しうる酸化剤としては、過塩素酸鉄
(III)、過塩素酸銅(II)、塩化鉄(III)、塩化銅
(II)、臭化鉄(III)、臭化銅(II)、硝酸鉄(II
I)、硝酸銅(II)、硝酸銀(I)、硫酸鉄(III)、テ
トラフルオロホウ酸銅(II)、p−トルエンスルホン酸
銅(II)などが挙げられる。
前記式(I)のチオフェン系化合物は、例えば、3−
ブロムチオフェンに金属ナトリウムとアルキルアルコー
ルから調製したアルコラート体を酸化銅及びヨウ化カリ
ウムの存在下で反応させることにより合成される。
発明の効果 本発明の組成物は、ドーピング状態の重合体が、塩化
メチレン、クロロホルム、ベンゼン、アセトンに溶解さ
せており、優れた成形性を有する。この重合体の重合度
は10〜500程度であり、その電導度は10-7S/cmから最大1
0-2S/cmを示し、空気中で安定であり、電磁波シールド
材、太陽電池などに応用できる。
ドーパントの除去は、陰イオンがドープされた重合体
を電気化学的に処理するか、あるいはアンモニアを直接
反応させることにより容易に行え、その結果重合体は中
性状態となる。脱ドープした中性状態の重合体は絶縁体
であるが、これに臭素、ヨウ素、三酸化硫黄、三フッ化
ホウ素、五フッ化アンチモンのような電子受容体を添加
することにより、再び半導体としての性質をもたせるこ
ともできる。
実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
参考例1 スターラー付き200ml耐圧容器に、1−プロパノール5
0g(0.83モル)、金属ナトリウム3.5g(0.15モル)から
調製したアルコラート体、酸化銅(II)5g、ヨウ化カリ
ウム0.5g、及び3−ブロムチオフェン10g(0.06モル)
を仕込み、160℃で3時間反応させた。反応混合物を2
倍量の水に入れ、エーテル抽出した。エーテル留去後、
減圧蒸留し、3−プロポキシチオフェンを得た。収量7.
2g(84%)。沸点83.5〜85℃(18mmHg)。
元素分析値 C7H10OSとして 計算値(%) C 59.12 H 7.09 S 22.54 実測値(%) C 58.51 H 7.03 S 22.59 参考例2 参考例1において1−プロパノールの代わりに、1−
オクタノール50g(0.38モル)を用い、金属ナトリウム
の使用量を2.5g(0.11モル)とし、反応温度を180℃と
したほかは同様の操作を行い、3−オクチルオキシチオ
フェンを得た。収量4.5g(35%)。沸点118.5〜119.5℃
(3mmHg)。
元素分析値 C12H20OSとして 計算値(%) C 67.87 H 9.49 S 15.10 実測値(%) C 67.80 H 9.40 S 15.35 実施例1 窒素導入管、スターラー、コンデンサー付き100ml三
頚フラスコに過塩素酸鉄(III)1.42g(4ミリモル)、
アセトニトリル20mlを入れると褐色透明液となる。ここ
で、3−オクチルオキシチオフェン0.424g(2ミリモ
ル)を加えると、色が黒変した。30℃で2時間かくはん
後、反応混合物をろ別、アセトニトリルで洗浄し、過塩
素酸イオンがドープされた黒色重合体粉末0.256gを得
た。この粉末の導電度は3.3×10-4S/cmであった。この
重合体の赤外吸収スペクトルを図(a)に示す。この図
から明らかなように、2,3,5−トリ置換チオフェン環の
存在を示す820cm-1のバンドが認められ、これは重合体
の構造が全共役型であることを示す。この重合体粉末
を、クロロホルム、塩化メチレン、ベンゼン又はアセト
ンに溶解し、半導体製造用組成物を調製した。
実施例2 実施例1において、過塩素酸鉄(III)1.42g(4ミル
モル)の代わりに、過塩素酸銅(II)(六水素)1.48g
(4ミルモル)を用いたほかは同様の操作を行い、過塩
素酸イオンがドープされた黒色重合体粉末0.117gを得
た。この粉末の電導度は1.1×10-7S/cmであった。この
重合体粉末を、実施例1と同様にクロロホルム、塩化メ
チレン、ベンゼン又はアセトンに溶解し、半導体製造用
組成物を調製した。
実施例3 実施例1において、3−オクチルオキシチオフェン0.
424g(2ミリモル)の代わりに、3−プロポキシチオフ
ェン0.284g(2ミリモル)を用いたほかは同様の操作を
行い、過塩素酸イオンがドープされた黒色重合体粉末0.
156gを得た。この粉末の電導度は4.1×10-3S/cmであっ
た。この重合体の赤外吸収スペクトルを図(b)に示
す。この図から明らかなように、2,3,5−トリ置換チオ
フェン環の存在を示す820cm-1のバンドが認められ、こ
れは重合体の構造が全共役型であることを示す。この重
合体粉末を、クロロホルム、塩化メチレンに溶解し、半
導体製造用組成物を調製した。
実施例4 実施例3において、過塩素酸鉄(III)1.42g(4ミル
モル)の代わりに、過塩素酸銅(II)(六水素)1.48g
(4ミルモル)を用いたほかは同様の操作を行い、過塩
素酸イオンがドープされた黒色重合体粉末0.086gを得
た。この粉末の電導度は1.0×10-2S/cmであった。この
重合体粉末を、実施例3と同様にクロロホルム、塩化メ
チレンに溶解し、半導体製造用組成物を調製した。
【図面の簡単な説明】
図は実施例1〔曲線(a)〕及び実施例3〔曲線
(b)〕で得られたドープした重合体の赤外吸収スペク
トルを示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陰イオンをドープした、式 (式中のRは炭素数3〜8のアルキル基である) で示される繰り返し単位を有する重合体と塩化メチレ
    ン、クロロホルム、ベンゼン及びアセトンの中から選ば
    れた少なくとも1種の低沸点溶剤からなる半導体製造用
    組成物。
  2. 【請求項2】陰イオンが過塩素酸イオン、塩素イオン、
    臭素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオ
    ン、テトラクロロ鉄(III)酸イオン、テトラクロロ銅
    (II)酸イオン、テトラブロモ鉄(III)酸イオン、テ
    トラブロモ銅(II)酸イオン、テトラフルオロホウ酸イ
    オン、p−トルエンスルホン酸イオンである請求項1記
    載の半導体製造用組成物。
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