WO2020184012A1 - カーボンナノチューブ組成物、半導体素子および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
移動度が向上したFETを製造可能なカーボンナノチューブ組成物を提供する。本発明のカーボンナノチューブ組成物は、(1)~(2)の特徴を有するカーボンナノチューブを含み、ハロゲンを含有しないカーボンナノチューブ組成物である。 (1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中に前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光分析を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比が2.5以上4.5以下。 (2)ラマン分光分析を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)D/G×100の値)が3.33以下。
Description
本発明は、カーボンナノチューブ組成物、ならびにそれを用いた半導体素子および無線通信装置に関する。
カーボンナノチューブ(CNT)や有機半導体を用いた電界効果型トランジスタ(以下、FETという)が、近年、盛んに検討されている。特に、CNTは大気下で非常に安定な物質で、他の半導体材料と比べて扱いやすいため、注目されている。
CNTは、グラファイトシートを筒状に巻いたチューブ構造を有する。グラファイトシートの巻き方でCNTのカイラリティーが変わる。個々のカイラリティーを有するCNTを、カイラリティーの周期に応じて、より大まかに分類をすると、半導体型CNTと金属型CNTに分類される。それらの混合比率は、CNTの合成手法にかかわらず、通常、半導体型:金属型=2:1となっている。このため、CNTをFETに使用する場合、性能を向上させるために半導体型CNTの比率を高めて使用するのが一般的である。
半導体型CNTの比率を高める手法としては、金属型CNTを除去する手法を採ることが多い。金属型CNTを除去する手法としては、界面活性剤との相互作用の差を利用した水系2相分離法(特許文献1)、主にCNTの太さ(重さ)の差を利用して分離する密度遠心勾配法(特許文献2)、多糖類ゲルおよび界面活性剤のCNTへの相互作用の差を利用して分離するゲルカラム法(特許文献3)、電気的性質の違いを利用した電圧を印加して半導体型CNTと金属型CNTの分離する方法(特許文献4)などが用いられることが多い。
CNTは、グラファイトシートを筒状に巻いたチューブ構造を有する。グラファイトシートの巻き方でCNTのカイラリティーが変わる。個々のカイラリティーを有するCNTを、カイラリティーの周期に応じて、より大まかに分類をすると、半導体型CNTと金属型CNTに分類される。それらの混合比率は、CNTの合成手法にかかわらず、通常、半導体型:金属型=2:1となっている。このため、CNTをFETに使用する場合、性能を向上させるために半導体型CNTの比率を高めて使用するのが一般的である。
半導体型CNTの比率を高める手法としては、金属型CNTを除去する手法を採ることが多い。金属型CNTを除去する手法としては、界面活性剤との相互作用の差を利用した水系2相分離法(特許文献1)、主にCNTの太さ(重さ)の差を利用して分離する密度遠心勾配法(特許文献2)、多糖類ゲルおよび界面活性剤のCNTへの相互作用の差を利用して分離するゲルカラム法(特許文献3)、電気的性質の違いを利用した電圧を印加して半導体型CNTと金属型CNTの分離する方法(特許文献4)などが用いられることが多い。
特許文献1~4のいずれの分離方法も、半導体型と金属型を分離する前にCNTを水に分散させる必要がある。CNTの分散に用いられる一般的な分散方法は、どのような手法で分散しても、分散中にCNTがダメージを負うため、CNTの導電性が悪化する。その結果FETの性能は悪化する。一方、CNTに欠損が入らないよう分散を甘くすると、分散度が悪いことが原因で金属型CNTの除去率が低下し、FET性能が低下する。
したがって、FETに最適な、半導体型CNT比率が高く(高度に金属型CNTが除去された)、分散によるダメージが少ないCNT組成物は現状得られていない。
特に、特許文献2の手法は、FETにとって悪影響を及ぼすハロゲンが混入した状態の半導体型CNT組成物となっていることが問題である。
そこで本発明は、FET性能の中でも特に移動度を向上させることのできるCNTを提供することを目的とする。
したがって、FETに最適な、半導体型CNT比率が高く(高度に金属型CNTが除去された)、分散によるダメージが少ないCNT組成物は現状得られていない。
特に、特許文献2の手法は、FETにとって悪影響を及ぼすハロゲンが混入した状態の半導体型CNT組成物となっていることが問題である。
そこで本発明は、FET性能の中でも特に移動度を向上させることのできるCNTを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の(1)および(2)の特徴を有するカーボンナノチューブを含み、ハロゲンを含有しないカーボンナノチューブ組成物である。
(1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中に前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下;
(2)ラマン分光光度計を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下。
(1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中に前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下;
(2)ラマン分光光度計を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下。
本発明のカーボンナノチューブ組成物を用いることによって従来よりも移動度の向上したFETを製造可能となる。
以下、本発明に係るカーボンナノチューブ(CNT)組成物、ならびにそれを用いた半導体素子および無線通信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
本発明におけるCNT組成物は、以下の(1)および(2)の特徴を有するCNTを含み、ハロゲンを含有しないものである。
(1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中にCNTを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下。
(2)ラマン分光光度計を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下。
(1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中にCNTを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下。
(2)ラマン分光光度計を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下。
(特徴(1))
本発明に用いられるCNTを、コール酸誘導体と水とを含む溶液中に分散させ、その分散液について、紫外可視近赤外分光光度計を用いて波長300nm~1100nmの範囲内で吸収スペクトルを測定すると、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示し、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示す。そして、最も低い吸光度と最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下である。
本発明に用いられるCNTを、コール酸誘導体と水とを含む溶液中に分散させ、その分散液について、紫外可視近赤外分光光度計を用いて波長300nm~1100nmの範囲内で吸収スペクトルを測定すると、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示し、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示す。そして、最も低い吸光度と最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下である。
通常、CNTの吸収ピークは、カイラリティーに応じた吸収波長を示す。波長600nm~700nmの範囲は、金属型CNTの吸収領域であり、波長900nm~1050nmの範囲は、半導体型CNTの吸収領域である。そのため、εmax/εminが2.5以上4.5以下であるとは、半導体型CNTの比率が一定の高さにあることを表している。εmax/εminが高いほど半導体型CNTの比率が高いため好ましく、例えば2.8以上4.5以下であるとより好ましく、3.0以上4.5以下であるとさらに好ましく、4.0以上4.5以下であるとより好ましい。εmax/εminの上限はCNTの直径分布によって変わるが、本発明の範囲では、4.5である。
また、吸収ピークが波長900nm~1050nmの範囲にあるということは、主成分となっているCNTの直径が1.3nm~1.5nmの範囲にあることを意味している。
また、吸収ピークが波長900nm~1050nmの範囲にあるということは、主成分となっているCNTの直径が1.3nm~1.5nmの範囲にあることを意味している。
コール酸誘導体は、CNTを吸収スペクトル測定用の試料溶液中に分散させるための分散剤として用いられる。コール酸誘導体を使用する理由は、CNTの吸収を阻害することなく、CNTの分散状態を安定に保てる分散剤であり、吸収スペクトル形状を正確に表し、且つCNTを分散液から分離する際に除去するのが容易であることがあげられる。入手し易く好適に使用できるより具体的なコール酸誘導体の例としては、コール酸ナトリウムが挙げられる。
CNTを分散させる方法は、吸収スペクトルが測定できるレベルで分散できるなら特に制限は無いが、好適には超音波ホモジナイザーを用いるのが良い。また、分散させる際のコール酸誘導体の濃度は0.4質量%~1.0質量%程度になるように調製するのが良い。超音波ホモジナイザー以外の分散方法を用いる場合は、分散方法に応じて適宜、分散時間、強度、コール酸誘導体濃度を調整する。
吸収スペクトルが測定できるレベルの分散とは、波長300nmでの吸収強度が0.5~1.5の範囲に収まる程度の濃度で測定可能な程度に分散している状態である。吸収強度が低い、すなわちバンドル状のCNTが多く存在し、孤立分散したCNTの濃度が低い場合は、孤立分散したCNTの濃度が高くなるまで分散時間を長くするか、分散強度を強くする必要がある。一方、CNTの濃度が高くなり過ぎた場合は、コール酸誘導体0.4質量%~1.0質量%の濃度を保つ様に、コール酸誘導体水溶液で希釈して上記吸収強度の範囲になるよう調整するとよい。
CNTを分散させる方法は、吸収スペクトルが測定できるレベルで分散できるなら特に制限は無いが、好適には超音波ホモジナイザーを用いるのが良い。また、分散させる際のコール酸誘導体の濃度は0.4質量%~1.0質量%程度になるように調製するのが良い。超音波ホモジナイザー以外の分散方法を用いる場合は、分散方法に応じて適宜、分散時間、強度、コール酸誘導体濃度を調整する。
吸収スペクトルが測定できるレベルの分散とは、波長300nmでの吸収強度が0.5~1.5の範囲に収まる程度の濃度で測定可能な程度に分散している状態である。吸収強度が低い、すなわちバンドル状のCNTが多く存在し、孤立分散したCNTの濃度が低い場合は、孤立分散したCNTの濃度が高くなるまで分散時間を長くするか、分散強度を強くする必要がある。一方、CNTの濃度が高くなり過ぎた場合は、コール酸誘導体0.4質量%~1.0質量%の濃度を保つ様に、コール酸誘導体水溶液で希釈して上記吸収強度の範囲になるよう調整するとよい。
(特徴(2))
本発明に用いられるCNTは、波長532nmの光を励起光として、ラマン分光光度計を用いた測定を行ったとき、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下である。なお、(D/G)×100の値は、小数第3位を四捨五入した値とする。この状態は、CNTの結晶性が高いことを表している。Gバンドはグラファイト化度(結晶性)の高さを示し、DバンドはCNTの欠損・端面の多さ、およびアモルファス炭素の多さを示している。そのため、(D/G)×100の値は、低いほどCNTの結晶性が良く、且つ不純物炭素も少ないことになり、(D/G)×100の値が低いほどFETの移動度は良くなる傾向がある。(D/G)×100の値は、2.00以下であると、より結晶性が高く、1.66以下であると更に結晶性が高く、1.25以下であれば、結晶性が高く不純物も少ないCNTとなり、1.00以下であると最も結晶性が高く不純物も少ないため良い。
本発明に用いられるCNTは、波長532nmの光を励起光として、ラマン分光光度計を用いた測定を行ったとき、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下である。なお、(D/G)×100の値は、小数第3位を四捨五入した値とする。この状態は、CNTの結晶性が高いことを表している。Gバンドはグラファイト化度(結晶性)の高さを示し、DバンドはCNTの欠損・端面の多さ、およびアモルファス炭素の多さを示している。そのため、(D/G)×100の値は、低いほどCNTの結晶性が良く、且つ不純物炭素も少ないことになり、(D/G)×100の値が低いほどFETの移動度は良くなる傾向がある。(D/G)×100の値は、2.00以下であると、より結晶性が高く、1.66以下であると更に結晶性が高く、1.25以下であれば、結晶性が高く不純物も少ないCNTとなり、1.00以下であると最も結晶性が高く不純物も少ないため良い。
(D/G)×100の値は低いほど好ましいため、下限については特に制限はないが、CNTの分散性の観点から0.5以上であることが好ましく、0.67以上であることがより好ましく、0.77以上であることが更に好ましく、0.91以上であることがより一層好ましい。分散性の非常に良好なCNTを用いる場合は、CNTが欠損を受けることなく分散するため、(D/G)×100の値が1.43以上であることが特に好ましい。
また、CNTの結晶性の高さや炭素不純物量は、GバンドとDバンドの高さ比を(G/D)として表す場合もある。本発明に用いられるCNTは、波長532nmの光を励起光として、ラマン分光光度計を用いた測定を行ったとき、G/Dは30以上である。この状態は、上記と同様、CNTの結晶性が高いことを表している。G/Dは、下限値としては40以上が好ましく、50以上がより好ましい。また上限値としては200以下が好ましく、150以下がより好ましく、130以下がより一層好ましく、110以下がより一層好ましく、100以下がさらに好ましく、70以下が好ましい。G/Dが高いほどCNTの結晶性が良いことになるため、G/Dが高いほどFETの移動度は高くなる傾向がある。そのため、G/Dは高いほど良いが、現実的に上限はせいぜい200程度であり、200より高いと、炭素不純物も少なく、且つCNTの結晶性が高すぎて凝集力が強まり、分散させた状態で使用するのが困難になり始める。そのため、FETの移動度性能を高く保ちつつ、作業工程でCNTが凝集せず使用し易いとの観点では、G/Dが40以上100以下が好ましいと考えられる。
また、CNTの結晶性の高さや炭素不純物量は、GバンドとDバンドの高さ比を(G/D)として表す場合もある。本発明に用いられるCNTは、波長532nmの光を励起光として、ラマン分光光度計を用いた測定を行ったとき、G/Dは30以上である。この状態は、上記と同様、CNTの結晶性が高いことを表している。G/Dは、下限値としては40以上が好ましく、50以上がより好ましい。また上限値としては200以下が好ましく、150以下がより好ましく、130以下がより一層好ましく、110以下がより一層好ましく、100以下がさらに好ましく、70以下が好ましい。G/Dが高いほどCNTの結晶性が良いことになるため、G/Dが高いほどFETの移動度は高くなる傾向がある。そのため、G/Dは高いほど良いが、現実的に上限はせいぜい200程度であり、200より高いと、炭素不純物も少なく、且つCNTの結晶性が高すぎて凝集力が強まり、分散させた状態で使用するのが困難になり始める。そのため、FETの移動度性能を高く保ちつつ、作業工程でCNTが凝集せず使用し易いとの観点では、G/Dが40以上100以下が好ましいと考えられる。
(特徴(3))
本発明の実施の形態に係るCNT組成物は、ハロゲンを含まない。ヨウ素等のハロゲンが混入していると、酸化還元反応でCNTの性質を変えてしまうからである。
ここで言うハロゲンが含有されていないとは、本発明のCNT組成物について以下の方法で元素分析を行ったときにハロゲンが0.1atomic%以下であるか、検出されないという意味である。ハロゲンが0.1atomic%以下であることは、X-線光電子分光(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)によって確認可能である。
本発明の実施の形態に係るCNT組成物は、ハロゲンを含まない。ヨウ素等のハロゲンが混入していると、酸化還元反応でCNTの性質を変えてしまうからである。
ここで言うハロゲンが含有されていないとは、本発明のCNT組成物について以下の方法で元素分析を行ったときにハロゲンが0.1atomic%以下であるか、検出されないという意味である。ハロゲンが0.1atomic%以下であることは、X-線光電子分光(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)によって確認可能である。
(CNT直径)
本発明に用いられるCNTの直径は、1.3nm~1.5nmであることが好ましい。本発明に用いられるCNTは、上記のとおり、半導体型CNTの比率が高いものである。
一般に、半導体型CNTは、直径1.2nm~1.3nm程度であると、バンドギャップが最も大きくなり、直径がそれ以上でも、それ以下でも、バンドギャップが小さくなっていく。そのため、半導体特性の性能を表す指標の一つであるon電流/off電流の比(on/off比)が最もよくなるのは、CNTの直径が1.2nm~1.3nm付近の場合と推定されている。しかしながら、CNTは、直径が細いほど質量に対する表面積が大きくなることもあり、直径が細いほど凝集力が強く分散するのが難しくなる。
半導体型CNTの比率の高いCNT組成物を得るために、金属型CNTを除去する手法では、狙いとする直径を有する半導体型CNTを得るために、多くの場合、狙いとする直径が主成分となっている原料CNTを使用する。
しかし、直径1.2nm~1.3nm程度のCNTはCNTとしては比較的直径の細い部類で、分散させることが難しい事もあり、半導体型と金属型を高いレベルで分離できるほどの分散性と、CNTの特性を損なわない高い結晶性を維持することの両立ができていない。
そこで、分散性が比較的良くなる、直径1.3nm~1.5nmの範囲であるCNTを主成分とした原料CNTを用いることが好ましい。また、ゲルカラム法によって、半導体型CNT比率の高いCNT組成物を得ることができるため、好ましい。
本発明に用いられるCNTの直径は、1.3nm~1.5nmであることが好ましい。本発明に用いられるCNTは、上記のとおり、半導体型CNTの比率が高いものである。
一般に、半導体型CNTは、直径1.2nm~1.3nm程度であると、バンドギャップが最も大きくなり、直径がそれ以上でも、それ以下でも、バンドギャップが小さくなっていく。そのため、半導体特性の性能を表す指標の一つであるon電流/off電流の比(on/off比)が最もよくなるのは、CNTの直径が1.2nm~1.3nm付近の場合と推定されている。しかしながら、CNTは、直径が細いほど質量に対する表面積が大きくなることもあり、直径が細いほど凝集力が強く分散するのが難しくなる。
半導体型CNTの比率の高いCNT組成物を得るために、金属型CNTを除去する手法では、狙いとする直径を有する半導体型CNTを得るために、多くの場合、狙いとする直径が主成分となっている原料CNTを使用する。
しかし、直径1.2nm~1.3nm程度のCNTはCNTとしては比較的直径の細い部類で、分散させることが難しい事もあり、半導体型と金属型を高いレベルで分離できるほどの分散性と、CNTの特性を損なわない高い結晶性を維持することの両立ができていない。
そこで、分散性が比較的良くなる、直径1.3nm~1.5nmの範囲であるCNTを主成分とした原料CNTを用いることが好ましい。また、ゲルカラム法によって、半導体型CNT比率の高いCNT組成物を得ることができるため、好ましい。
本発明におけるCNT組成物の吸収スペクトルは直径1.3nm~1.5nmに相当する範囲に吸収ピークが現れる。
現状、CNTにダメージを与えることなく原料CNTを100%完全孤立分散させる技術が無いため、原料CNTの直径分布を正確に調べることが困難であるが、本発明におけるCNT組成物の吸収スペクトルのピーク位置から判断すると、直径分布の主となる直径が概ね1.3~1.5nmとなる原料を用いることが、本発明のCNT組成物を得るのに好適であると考えられる。
また、本発明のCNT組成物を用いてFET素子を作製し、トランジスタ性能の1つである移動度を測定したところ、1.2nm~1.3nm付近の直径を有するCNTを用いた場合よりも、高性能を示す素子を作製可能であることを発見するに至った。
明確な原因を究明できている訳ではないが、本発明のCNT組成物で移動度が向上した原因としては、分散性の高い領域の直径を有する原料CNTを用いることによって、分散時のCNTへのダメージが低減し、欠損の少ない半導体比率の高いCNT組成物が得られたこと、分散性向上によって半導体型CNTと金属型CNTとの分離性能が向上したこと、ゲルカラム法と組み合わせることによって、高度な純度を有するCNT組成物が得られたこと、など複数の効果が複合的に現れたことが原因と考えられる。
現状、CNTにダメージを与えることなく原料CNTを100%完全孤立分散させる技術が無いため、原料CNTの直径分布を正確に調べることが困難であるが、本発明におけるCNT組成物の吸収スペクトルのピーク位置から判断すると、直径分布の主となる直径が概ね1.3~1.5nmとなる原料を用いることが、本発明のCNT組成物を得るのに好適であると考えられる。
また、本発明のCNT組成物を用いてFET素子を作製し、トランジスタ性能の1つである移動度を測定したところ、1.2nm~1.3nm付近の直径を有するCNTを用いた場合よりも、高性能を示す素子を作製可能であることを発見するに至った。
明確な原因を究明できている訳ではないが、本発明のCNT組成物で移動度が向上した原因としては、分散性の高い領域の直径を有する原料CNTを用いることによって、分散時のCNTへのダメージが低減し、欠損の少ない半導体比率の高いCNT組成物が得られたこと、分散性向上によって半導体型CNTと金属型CNTとの分離性能が向上したこと、ゲルカラム法と組み合わせることによって、高度な純度を有するCNT組成物が得られたこと、など複数の効果が複合的に現れたことが原因と考えられる。
使用する原料CNTの直径は、例えば以下のようにして確認することができる。CNT一本の直径が確認できる透過電子顕微鏡で、原料CNTを観察し、100本以上の直径が認識できるCNTの直径を計測し、相加平均を算出することで、目安とすることができる。また、別の方法としては、原料CNT分散液の光吸収を測定し、最も大きな吸光度を示す吸収ピークの波長を読み取り、片浦プロットのエネルギー分布と照らし合わせることによって、主として含まれるCNTの直径を確認することができる。
(ゲルカラム法)
ゲルカラム法の条件は、用いる原料CNTによってある程度調整する必要がある。現状入手可能なCNTは、世の中の合成技術が未成熟な事もあり、不純物量、直径分布、初期状態の凝集の程度などの物性が常に安定した状態で入手するのは困難である。そのため、精製などである程度品質を補正し、補正しきれない部分はゲルカラム法の条件を都度微修正して対応することになる。一度、基本条件でゲルカラム法を適用し、分離状況を確認した上で、条件の微修正を行うことで対応することができる。
ゲルカラム法の基本的な装置構成、原理およびカラム分離条件は、特許文献3および特許文献3に記載されている参考文献を参照することができる。以下に効率の良い分離手順および条件調整の方法を示す。
ゲルカラム法の条件は、用いる原料CNTによってある程度調整する必要がある。現状入手可能なCNTは、世の中の合成技術が未成熟な事もあり、不純物量、直径分布、初期状態の凝集の程度などの物性が常に安定した状態で入手するのは困難である。そのため、精製などである程度品質を補正し、補正しきれない部分はゲルカラム法の条件を都度微修正して対応することになる。一度、基本条件でゲルカラム法を適用し、分離状況を確認した上で、条件の微修正を行うことで対応することができる。
ゲルカラム法の基本的な装置構成、原理およびカラム分離条件は、特許文献3および特許文献3に記載されている参考文献を参照することができる。以下に効率の良い分離手順および条件調整の方法を示す。
まず、カラム分離の条件として最も基本的なゲルカラム法の原理と手順の概要を示す。原料CNTをドデシルスルホン酸ナトリウム(SDS)分散液としてカラム内に投入した後、SDS水溶液を展開液として流すと、通常、金属型CNTのみが流出し、半導体型CNTのみがカラム内のゲルに吸着した状態となる。次に、カラムの展開液としてデオキシコール酸ナトリウム(DOC)またはコール酸ナトリウム(SC)の水溶液を流すと、ゲルに吸着していた半導体型CNTがゲルから遊離し、DOC分散液またはSC分散液として流出してくる。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン1とする。
但し、通常のCNTの分散方法では、全てのCNTが孤立分散している原料CNTの分散液を準備することはできない。そのため、ゲルに吸着するCNTは半導体CNTだけでなく、一部の金属型CNTがバンドルとして半導体CNTに紛れ込んだ状態でゲルに吸着する。また逆に、半導体型CNTの一部も、主に金属型CNTで占められるバンドルに巻き込まれた状態で流出してしまう。故に、分散性の悪いCNTは分離の効率が悪くなる。
また、通常使用できる原料CNTは種々のカイラリティーを有するCNTの集合体であり、ゲルへの吸着力が微妙に異なるCNTの集合体である。そのため、半導体型CNTと金属型CNTとに単純明快に吸着・分離しないことの方が多い。さらに、ゲルカラム法の分離能に影響を与える分散性に関しても、現状、効率が良いことから最も汎用的に用いられている超音波分散による分散では、条件を同じにしても、装置誤差が生じてくる。そこで、ゲルカラム法の条件は、原料CNTの種類や分散状態によって、都度、調整する必要がある。また、上記、バンドルに巻き込まれた金属型CNTの除去や、明確に分離しない半導体型に混ざった金属型CNTを除去できるようにするため、カラム条件は種々工夫がなされる。以下に、分離条件調整の考え方を示す。
また、通常使用できる原料CNTは種々のカイラリティーを有するCNTの集合体であり、ゲルへの吸着力が微妙に異なるCNTの集合体である。そのため、半導体型CNTと金属型CNTとに単純明快に吸着・分離しないことの方が多い。さらに、ゲルカラム法の分離能に影響を与える分散性に関しても、現状、効率が良いことから最も汎用的に用いられている超音波分散による分散では、条件を同じにしても、装置誤差が生じてくる。そこで、ゲルカラム法の条件は、原料CNTの種類や分散状態によって、都度、調整する必要がある。また、上記、バンドルに巻き込まれた金属型CNTの除去や、明確に分離しない半導体型に混ざった金属型CNTを除去できるようにするため、カラム条件は種々工夫がなされる。以下に、分離条件調整の考え方を示す。
CNTの分散性を向上させるのも、分離し易くする工夫の一つである。原料CNT分散の分散剤として、SDSではなく、SCを用いた場合、原料CNTの分散性を向上できる。但し、分散液中の界面活性剤組成が、溶出液と同じ組成になるため、カラムの分離能はSDS分散液よりも低下する。そのため、分散はSC水溶液で行うが、カラムに投入する際にCNT分散液にSDSを添加し、分散媒をSC/SDS混合液としたCNT分散液を投入し、分散媒に含まれるSCのCNT溶出力を抑える方法なども考案されている。分散媒のSC/SDSの比率を変えることによって、ゲルに吸着させることのできる半導体型CNTの純度が変化するため、準備したCNTに応じて比率を変化させると良い。基本的な考え方として、分散媒中のSDS比率を多くするとゲルに吸着するCNT量は多くなるが、金属型CNTの巻き込まれる量も多くなる。金属型CNTが多い分、後の工程で、全ての金属型CNTを取り除く難易度が上がる。逆に、SC比率を高くすると、ゲルにCNTが吸着しにくくなるため、ゲルに吸着している半導体型CNT中に巻き込まれた金属型CNTの比率は少なくなり、半導体型CNT比率の高いCNT組成物を得られやすくなるが、分散液中のSC比率が多いことによって、カラムの分離能は低下する傾向がある。そのため、投入した原料CNTの分散度に応じて適切なSC/SDS混合比を探す必要がある。
展開液の流し方の調整法については、次のように考える。多くの場合、半導体型CNTをゲルに吸着させた状態で、金属型CNTのみを流出させるためにSDS水溶液を最初の展開液として流し、次に、吸着させていた半導体型CNTを遊離させるためにSC水溶液またはDOC水溶液を展開液として流す。この切り替え時に、一気に展開液の種類を入れ替えるのでは無く、徐々に比率を変えながら入れ替えると、ゲルに吸着している半導体型CNTにバンドルとして巻き込まれる形で吸着している金属型CNTが、巻き込まれている金属型CNT比率に応じて、徐々に除去されるため、半導体型CNTの収量を低下させること無く金属型CNTを除去し易くなる。
SDSとSCとの比がSDS:SC=100:0であった最初の展開液から、徐々にCの比率を高くし、同時にSDSの比率を徐々に下げていき、最終的にSDS:SC=0:100の展開液とすることによって全てのCNTが溶出される。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン2とする。
SDSとSCとの比がSDS:SC=100:0であった最初の展開液から、徐々にCの比率を高くし、同時にSDSの比率を徐々に下げていき、最終的にSDS:SC=0:100の展開液とすることによって全てのCNTが溶出される。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン2とする。
徐々に比率を変化させる方法として、SDS:SC=100:0→75:25→50:50→25:75→0:100のように段階的に展開液組成比を変えていく方法もある。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン3とする。段階的に一定比率を一定時間保ちながら展開液を流す方法や、一定の組成を保つこと無くグラデーションをかける様に組成を変えていく方法もある。どちらが良いかは用いる原料CNTの分散状態による。バンドル径分布やCNT長さ分布が非常に広い場合は、どの比率の展開液だと分離能が良くなるか、調べるのが困難なので、グラデーションをかける様に組成を変化させていく方が効率的に分離できる。
また、別の展開液の組成変更方法として、展開液のSDSの比率を一定にしたまま吸着していた半導体型CNTを遊離させる方法もある。最初に金属型CNTを溶出させるために流した展開液のSDS濃度を一定量に保ったまま、半導体型CNTを遊離するために、展開液にSCまたはDOCを添加して、SCまたはDOCの濃度を徐々に高くしていく方法もある(パターン4とする)。この場合、半導体型CNTをゲルから遊離させる能力が、より高いDOCを用いる方が好ましい。DOCの方がSCよりもCNTを遊離させる能力が高い理由は、定かではないが、水酸基の数の違いが、CNTおよび分散媒への相互作用する力の差として現れていると考えられている。この組成変化のさせ方の利点は、界面活性剤濃度が全体的に濃くなる方向へ組成変化させるため、展開液組成変化に対するCNTの凝集を低下させる事ができることである。但し、組成変化率が小さいため、分離能は先の方法よりも低下する。
また、展開液として、SDS水溶液とSC水溶液とを交互に繰り返し流す方法もある。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン5とする。この方法は、半導体型CNTがゲルへ吸着、遊離を繰り返すことになり、繰り返される内に巻き込まれてゲルへ吸着していた金属型CNTが徐々に除去されていく。送液ポンプの性能や、カラムの長さなどの影響で設備的にSDS水溶液とSC水溶液とを交互に繰り返し流すのが困難な場合には、ゲルカラム法によって得られたCNT組成物について再度ゲルカラム法を行うことによって、繰り返す方法を行うこともできる。
また、展開液として、SDS/SC混合液を最初に流し、次にSC水溶液を流す方法もある。この方法の利点は、初めに吸着する半導体型CNTの量を減らすことによって半導体型CNTに巻き込まれて吸着する金属型CNTが減るため、半導体型CNT比率の高いCNT組成物が得られやすくなる点にある。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン6とする。
パターン6の発展版で、最初の展開液としてSDS/SC混合液を使用し、SDS/SCの濃度は一定のまま、途中からDOCを展開液に添加して、DOCの濃度を徐々に増加させていく方法もある。このパターンは展開液の組成変化が小さく、SCよりもCNTの溶出力の強いDOCを増やしていくことによって、吸着していた半導体型CNTを溶出させることができる。そのため、展開液の組成変化によるCNTの凝集を最も小さく抑えられ、分散性の高いCNT溶液を得やすい。このような展開液の組成変化のさせ方を、パターン7とする。
更には、これらの組成変化の方法を部分的に組み合わせた方法なども考えられる。
総じて、展開液の組成を変化させるタイミングは、金属型CNTの流出が完了した後にすると、分離の精度が向上するので好ましい。
更には、これらの組成変化の方法を部分的に組み合わせた方法なども考えられる。
総じて、展開液の組成を変化させるタイミングは、金属型CNTの流出が完了した後にすると、分離の精度が向上するので好ましい。
展開液に使用するSDSおよびSCまたはDOCの濃度は、カラム内のそれぞれの濃度の合計値が、通常0.5質量%以上2.0質量%未満程度の範囲に収まるように調整するのが良い。0.5質量%より濃度が薄いと、CNTの分散安定性が保てなくなり、CNTが凝集する。また、2.0質量%以上であると、界面活性剤が多すぎるため、界面活性剤およびゲルとCNTの相互作用に差が生じにくくなり、分離能力が低下する。
展開液の流し方、組成変化の方法で金属型CNTの除去を調整しきれない場合は、流出した溶液を小分けしておき、金属型CNTを除去できた部分だけ使用することも可能である。
展開液の流し方、組成変化の方法で金属型CNTの除去を調整しきれない場合は、流出した溶液を小分けしておき、金属型CNTを除去できた部分だけ使用することも可能である。
(CNTの長さ)
CNTの平均長さは、0.5μm~2.0μmであることが好ましい。これは、半導体型CNTと金属型CNTとを分離できる程度の分散を行っているCNTとしては、比較的長尺である。このような長尺のCNTが得られるのは、分散性の比較的良好な直径のCNTを利用しているためと推定される。
一般的に、CNTを利用したFETでは、CNTの長さが長いほど、接点抵抗となる接点数が減るため、性能が良くなる。本発明では、CNTの平均長さは0.6μm~2.0μmがより好ましく、0.7μ~2.0μmがさらに好ましく、1.0μm~2.0μmがいっそう好ましい。
本発明で、移動度の高いFETが得られるCNT組成物を得ることができている理由の一つとして、ゲルカラム法を利用していることもあげられる。ゲルカラム法は、サイズ排除クロマトグラフィーとしての能力もあるため、条件調整によって、トランジスタ性能低下に起因する短尺CNTを排除することが可能となる。
CNTの平均長さは、0.5μm~2.0μmであることが好ましい。これは、半導体型CNTと金属型CNTとを分離できる程度の分散を行っているCNTとしては、比較的長尺である。このような長尺のCNTが得られるのは、分散性の比較的良好な直径のCNTを利用しているためと推定される。
一般的に、CNTを利用したFETでは、CNTの長さが長いほど、接点抵抗となる接点数が減るため、性能が良くなる。本発明では、CNTの平均長さは0.6μm~2.0μmがより好ましく、0.7μ~2.0μmがさらに好ましく、1.0μm~2.0μmがいっそう好ましい。
本発明で、移動度の高いFETが得られるCNT組成物を得ることができている理由の一つとして、ゲルカラム法を利用していることもあげられる。ゲルカラム法は、サイズ排除クロマトグラフィーとしての能力もあるため、条件調整によって、トランジスタ性能低下に起因する短尺CNTを排除することが可能となる。
短尺CNTを除去するゲルカラム法の条件については、展開液の流し方によって変わるため、一概に述べることはできないが、通常、展開液組成が一定で流出する溶液では、後半ほどCNTの長さは短くなる。流出してくるCNTの分散している溶液を幾つかに区切り、区切ったそれぞれの溶液に含まれるCNTの長さをAFM(原子間力顕微鏡)などで測定することによって、必要な長さのCNTがどの位置に存在するか確認することができる。
また、ここで言う平均長さとは、任意に抽出した100本以上のCNTの長さの相加平均を言う。ここで言う100本以上とは、任意のCNTの抽出の仕方として原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等を用いて測定できる、CNTの長さが認識できる倍率での測定視野画像の中から、数えられる全てのCNTの長さを測定し、測定視野画像の中で数えられる全てのCNTの長さを測定し終えた時点での測定CNT本数が100本以上であった場合を言う。測定視野画像中で数えられる全てのCNTの長さを測定しても100本以上に到達していなかった場合は、追加の視野画像を測定して追加視野画像中の全ての数えられるCNTの長さを測定して先の測定結果に追加し、合計100本以上になるまで同様に追加カウントしていく。測定の恣意性をなくすため、CNTのカウント数が100本となっても測定視野画像中で数えられる全てのCNTを抽出し終えるまでカウントを継続する。
また、ここで言う平均長さとは、任意に抽出した100本以上のCNTの長さの相加平均を言う。ここで言う100本以上とは、任意のCNTの抽出の仕方として原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等を用いて測定できる、CNTの長さが認識できる倍率での測定視野画像の中から、数えられる全てのCNTの長さを測定し、測定視野画像の中で数えられる全てのCNTの長さを測定し終えた時点での測定CNT本数が100本以上であった場合を言う。測定視野画像中で数えられる全てのCNTの長さを測定しても100本以上に到達していなかった場合は、追加の視野画像を測定して追加視野画像中の全ての数えられるCNTの長さを測定して先の測定結果に追加し、合計100本以上になるまで同様に追加カウントしていく。測定の恣意性をなくすため、CNTのカウント数が100本となっても測定視野画像中で数えられる全てのCNTを抽出し終えるまでカウントを継続する。
(CNT複合体)
本発明のCNT組成物は、CNT表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したCNT複合体として用いることでも、効果を発揮できる。複合体として用いることによって、半導体インクとしても応用使用が可能となり、塗布型のトランジスタとしても従来よりも移動度の高い半導体材料として使用可能である。なお、CNT複合体は、少なくともCNTと共役系重合体とを有するため、本発明のCNT組成物に含まれる。
CNT表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着させることにより、CNTの保有する高い電気的特性を損なうことなく、CNTを溶液中に均一に分散することが可能になる。CNTが均一に分散した分散液を用いれば、塗布法により、均一に分散したCNT膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。
CNTの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した状態とは、CNTの表面の一部、あるいは全部を、共役系重合体が被覆した状態を意味する。共役系重合体がCNTを被覆できるのは、両者の共役系構造に由来するπ電子雲が重なることによって、相互作用が生じるためと推測される。
本発明のCNT組成物は、CNT表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したCNT複合体として用いることでも、効果を発揮できる。複合体として用いることによって、半導体インクとしても応用使用が可能となり、塗布型のトランジスタとしても従来よりも移動度の高い半導体材料として使用可能である。なお、CNT複合体は、少なくともCNTと共役系重合体とを有するため、本発明のCNT組成物に含まれる。
CNT表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着させることにより、CNTの保有する高い電気的特性を損なうことなく、CNTを溶液中に均一に分散することが可能になる。CNTが均一に分散した分散液を用いれば、塗布法により、均一に分散したCNT膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。
CNTの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した状態とは、CNTの表面の一部、あるいは全部を、共役系重合体が被覆した状態を意味する。共役系重合体がCNTを被覆できるのは、両者の共役系構造に由来するπ電子雲が重なることによって、相互作用が生じるためと推測される。
CNTが共役系重合体で被覆されているか否かは、CNTの反射色から判断できる。被覆されたCNTの反射色は、被覆されていないCNTの反射色とは異なり、共役系重合体の反射色に近い。定量的には、X線光電子分光(XPS)などの元素分析によって、CNTへの付着物の存在を確認することや、CNTと付着物との質量比を測定することができる。
CNTに共役系重合体を付着させる方法としては、(I)溶融した共役系重合体中にCNTを添加して混合する方法、(II)共役系重合体を分散媒中に分散させ、この中にCNTを添加して混合する方法、(III)CNTを分散媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、(IV)分散媒中に共役系重合体とCNTを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法、などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。
CNTに共役系重合体を付着させる方法としては、(I)溶融した共役系重合体中にCNTを添加して混合する方法、(II)共役系重合体を分散媒中に分散させ、この中にCNTを添加して混合する方法、(III)CNTを分散媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、(IV)分散媒中に共役系重合体とCNTを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法、などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。
(共役系重合体)
本発明において共役系重合体とは、繰り返し単位が共役構造をとり、重合度が2以上である化合物を指す。共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ-p-フェニレン系重合体、ポリ-p-フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。共役系重合体としては、単一のモノマーユニットの重合体が好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したもの、およびグラフト重合したものも好ましく用いられる。
共役系重合体の中でも、CNTへの付着が容易であり、CNT複合体を形成しやすい観点から、フルオレンユニットまたはチオフェンユニットを繰り返し単位中に含む共役系重合体が好ましい。さらに、環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットを繰り返し単位中に含むものがより好ましい。
本発明において共役系重合体とは、繰り返し単位が共役構造をとり、重合度が2以上である化合物を指す。共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ-p-フェニレン系重合体、ポリ-p-フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。共役系重合体としては、単一のモノマーユニットの重合体が好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したもの、およびグラフト重合したものも好ましく用いられる。
共役系重合体の中でも、CNTへの付着が容易であり、CNT複合体を形成しやすい観点から、フルオレンユニットまたはチオフェンユニットを繰り返し単位中に含む共役系重合体が好ましい。さらに、環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットを繰り返し単位中に含むものがより好ましい。
環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットとしては、チエノピロール、ピロロチアゾール、ピロロピリダジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、キノリン、キノキサリン、ベンゾトリアジン、チエノオキサゾール、チエノピリジン、チエノチアジン、チエノピラジンなどのユニットが挙げられる。これらの中でも特にベンゾチアジアゾールユニットまたはキノキサリンユニットが好ましい。これらのユニットを有することで、CNTと共役系重合体の密着性が増し、CNTをより良好に分散することができる。
本発明において、共役系重合体は、一般式(1)で表される側鎖を有する。
一般式(1)中、Rは、アルキレン基またはシクロアルキレン基を示す。Xは、単結合、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を示す。Aは、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロアリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基またはヘテロアリールカルボニルオキシ基を示す。
一般式(1)で表される側鎖を有する共役系重合体が付着したCNT複合体は、分散媒への分散性が良好である。特に、インクジェット塗布において好適な粘度である、3~20cP程度の分散媒に対し、該CNT複合体は良好に分散する。これは、一般式(1)で表される側鎖により、共役系重合体の分散媒内での分子運動の様相が変わり、好適な粘度の分散媒と相性が良くなったためと推定される。
一般式(1)で表される側鎖を有する共役系重合体が付着したCNT複合体は、分散媒への分散性が良好である。特に、インクジェット塗布において好適な粘度である、3~20cP程度の分散媒に対し、該CNT複合体は良好に分散する。これは、一般式(1)で表される側鎖により、共役系重合体の分散媒内での分子運動の様相が変わり、好適な粘度の分散媒と相性が良くなったためと推定される。
上記効果をより高める観点から、Aは、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、またはアルキルカルボニルオキシ基であることが好ましく、アルコキシカルボニル基であることがさらに好ましい。
本明細書において、アルキレン基とは、2価(結合部位が2箇所)の飽和脂肪族炭化水素基を示し、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基などが挙げられる。アルキレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、アルキレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、1以上20以下が好ましく、より好ましくは1以上8以下である。
シクロアルキレン基とは、2価の飽和脂環式炭化水素基を示し、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンタレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。シクロアルキレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、シクロアルキレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、3以上20以下が好ましく、より好ましくは3以上8以下である。
アルケニレン基とは、2価の不飽和脂肪族炭化水素基を示し、例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ヘキセニレン基などが挙げられる。アルケニレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、アルケニレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、2以上20以下が好ましく、より好ましくは2以上8以下である。
本明細書において、アルキレン基とは、2価(結合部位が2箇所)の飽和脂肪族炭化水素基を示し、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基などが挙げられる。アルキレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、アルキレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、1以上20以下が好ましく、より好ましくは1以上8以下である。
シクロアルキレン基とは、2価の飽和脂環式炭化水素基を示し、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンタレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。シクロアルキレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、シクロアルキレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、3以上20以下が好ましく、より好ましくは3以上8以下である。
アルケニレン基とは、2価の不飽和脂肪族炭化水素基を示し、例えば、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ヘキセニレン基などが挙げられる。アルケニレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、アルケニレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、2以上20以下が好ましく、より好ましくは2以上8以下である。
アルキニレン基とは、2価の不飽和脂肪族炭化水素基を示し、例えば、エチニレン基、プロピニレン基、ブチニレン基、ヘキシニレン基などが挙げられる。アルキニレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。また、アルキニレン基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、2以上20以下が好ましく、より好ましくは2以上8以下である。
アリーレン基とは、2価の芳香族炭化水素基を示し、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、フェナントリレン基、アントリレン基、ターフェニレン基、ピレニレン基、フルオレニレン基、ペリレニレン基などが挙げられる。無置換でも置換されていてもかまわない。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリーレン基とは、2価の複素芳香環基を示し、例えば、ピリジレン基、ピラジレン基、キノリニレン基、イソキノリレン基、キノキサリレン基、アクリジニレン基、インドリレン基、カルバゾリレン基などに加え、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、ベンゾシロールおよびジベンゾシロールなどの、複素芳香環から導かれる2価の基などが挙げられる。無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリーレン基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アリーレン基とは、2価の芳香族炭化水素基を示し、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、フェナントリレン基、アントリレン基、ターフェニレン基、ピレニレン基、フルオレニレン基、ペリレニレン基などが挙げられる。無置換でも置換されていてもかまわない。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリーレン基とは、2価の複素芳香環基を示し、例えば、ピリジレン基、ピラジレン基、キノリニレン基、イソキノリレン基、キノキサリレン基、アクリジニレン基、インドリレン基、カルバゾリレン基などに加え、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、ベンゾシロールおよびジベンゾシロールなどの、複素芳香環から導かれる2価の基などが挙げられる。無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリーレン基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アルキルカルボニル基とは、例えば、アセチル基、ヘキサノイル基など、カルボニル結合の一方を脂肪族炭化水素基で置換した官能基を示す。アルキルカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。
アリールカルボニル基とは、例えば、ベンゾイル基など、カルボニル結合の一方を芳香族炭化水素基で置換した官能基を示す。アリールカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールカルボニル基とは、カルボニル結合の一方を複素芳香環基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アルコキシカルボニル基とは、例えば、メトキシカルボニル基など、カルボニル結合の一方をアルコキシ基で置換した官能基を示す。アルコキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。
アリールオキシカルボニル基とは、例えば、フェノキシカルボニル基など、カルボニル結合の一方をアリールオキシ基で置換した官能基を示す。アリールオキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールオキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールオキシカルボニル基とは、カルボニル結合の一方をヘテロアリールオキシ基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールオキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールオキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アリールカルボニル基とは、例えば、ベンゾイル基など、カルボニル結合の一方を芳香族炭化水素基で置換した官能基を示す。アリールカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールカルボニル基とは、カルボニル結合の一方を複素芳香環基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アルコキシカルボニル基とは、例えば、メトキシカルボニル基など、カルボニル結合の一方をアルコキシ基で置換した官能基を示す。アルコキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。
アリールオキシカルボニル基とは、例えば、フェノキシカルボニル基など、カルボニル結合の一方をアリールオキシ基で置換した官能基を示す。アリールオキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールオキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールオキシカルボニル基とは、カルボニル結合の一方をヘテロアリールオキシ基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールオキシカルボニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールオキシカルボニル基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アルキルカルボニルオキシ基とは、例えば、アセトキシ基など、エーテル結合の一方をアルキルカルボニル基で置換した官能基を示す。アルキルカルボニルオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルカルボニルオキシ基の炭素数は特に限定されないが、2以上20以下の範囲が好ましい。
アリールカルボニルオキシ基とは、例えば、ベンゾイルオキシ基など、エーテル結合の一方をアリールカルボニル基で置換した官能基を示す。アリールカルボニルオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニルオキシ基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールカルボニルオキシ基とは、エーテル結合の一方をヘテロアリールカルボニル基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールカルボニルオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニルオキシ基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アリールカルボニルオキシ基とは、例えば、ベンゾイルオキシ基など、エーテル結合の一方をアリールカルボニル基で置換した官能基を示す。アリールカルボニルオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニルオキシ基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールカルボニルオキシ基とは、エーテル結合の一方をヘテロアリールカルボニル基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールカルボニルオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールカルボニルオキシ基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
なお、上記の説明において、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、1以上20以下が好ましく、より好ましくは1以上8以下である。
芳香族炭化水素基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基、フルオレニル基などが挙げられる。芳香族炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。芳香族炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
複素芳香環基とは、例えば、フラニル基、チオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、ピリジル基、キノリニル基、ベンゾシロール基、ジベンゾシロール基など、炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する芳香族基を示す。複素芳香環基は、置換基を有していても有していなくてもよい。複素芳香環基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
芳香族炭化水素基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基、フルオレニル基などが挙げられる。芳香族炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。芳香族炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
複素芳香環基とは、例えば、フラニル基、チオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、ピリジル基、キノリニル基、ベンゾシロール基、ジベンゾシロール基など、炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する芳香族基を示す。複素芳香環基は、置換基を有していても有していなくてもよい。複素芳香環基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基など、エーテル結合の一方をアルキル基で置換した官能基を示す。アルコキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、1以上20以下の範囲が好ましい。
アリールオキシ基とは、例えば、フェノキシ基、ナフトキシ基など、エーテル結合の一方を芳香族炭化水素基で置換した官能基を示す。アリールオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールオキシ基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールオキシ基とは、エーテル結合の一方を複素芳香環基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールオキシ基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
アリールオキシ基とは、例えば、フェノキシ基、ナフトキシ基など、エーテル結合の一方を芳香族炭化水素基で置換した官能基を示す。アリールオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールオキシ基の炭素数は特に限定されないが、6以上40以下の範囲が好ましい。
ヘテロアリールオキシ基とは、エーテル結合の一方を複素芳香環基で置換した官能基を示す。ヘテロアリールオキシ基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリールオキシ基の炭素数は特に限定されないが、2以上30以下の範囲が好ましい。
本発明に好ましく用いられる共役系重合体の具体例としては、下記のような構造を有するものが挙げられる。ただし、これらに限られるものではない。
なお、ここで述べる側鎖とは、共役系重合体の主鎖に結合する基のことである。共役系重合体の主鎖としては、(1)共役構造、(2)共役構造同士を結合することにより環構造を形成する共役構造を有する基がこれに該当する。(2)として、例えば、フルオレンユニットが例示され、9位の炭素原子も主鎖に含まれる。
共役系重合体の具体例として上記に例示した化学式において、nは、共役系重合体の重合度を表しており、2~1000の範囲であることが好ましい。CNTへの付着のしやすさを考慮して、nは3~500の範囲がより好ましい。本発明において、重合度nは、重量平均分子量から求めた値である。重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定し、ポリスチレンの標準試料を用いて換算して求める。また、CNTへの付着のしやすさから、共役系重合体の重量平均分子量が1000以上であることが好ましい。
共役系重合体の具体例として上記に例示した化学式において、nは、共役系重合体の重合度を表しており、2~1000の範囲であることが好ましい。CNTへの付着のしやすさを考慮して、nは3~500の範囲がより好ましい。本発明において、重合度nは、重量平均分子量から求めた値である。重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定し、ポリスチレンの標準試料を用いて換算して求める。また、CNTへの付着のしやすさから、共役系重合体の重量平均分子量が1000以上であることが好ましい。
また、一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数と、共役系重合体の全ユニットの数との比率[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]が、1/5~1/1であることが好ましい。この範囲にあることで、好適な粘度の溶媒との相性をさらに向上できる。
ここで述べるユニットとは、共役系重合体の主鎖に含まれた2価の基として、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群から選ばれる何れか1種を1個含んだ2価の基として理解される。ユニットの数とは、繰り返し単位における主鎖のエテニレン基、エチニレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基それぞれを1ユニットとして数えた場合の数を指す。「一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数」は、ユニットのうち、一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数を意味し、「共役系重合体の全ユニットの数」は、ユニットの合計数を意味する。例えば、重合体[4]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=1/1、重合体[10]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=2/3、重合体[16]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=4/5、重合体[53]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=1/2である。
ここで述べるユニットとは、共役系重合体の主鎖に含まれた2価の基として、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群から選ばれる何れか1種を1個含んだ2価の基として理解される。ユニットの数とは、繰り返し単位における主鎖のエテニレン基、エチニレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基それぞれを1ユニットとして数えた場合の数を指す。「一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数」は、ユニットのうち、一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数を意味し、「共役系重合体の全ユニットの数」は、ユニットの合計数を意味する。例えば、重合体[4]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=1/1、重合体[10]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=2/3、重合体[16]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=4/5、重合体[53]では[一般式(1)で表される側鎖を有するユニットの数/共役系重合体の全ユニットの数]=1/2である。
共役系重合体は、公知の方法により合成することができる。例えば、チオフェン同士を連結する方法としては、ハロゲン化チオフェンとチオフェンボロン酸またはチオフェンボロン酸エステルとを、パラジウム触媒下でカップリングする方法、ハロゲン化チオフェンとチオフェングリニヤール試薬とを、ニッケルまたはパラジウム触媒下でカップリングする方法が挙げられる。また、他のユニットとチオフェンユニットを連結する場合も、ハロゲン化した他のユニットとチオフェンユニットとを、同様の方法でカップリングすることができる。また、そのようにして得られたモノマーの末端に重合性官能基を導入し、パラジウム触媒やニッケル触媒下で重合を進行させることで、共役系重合体を得ることができる。
共役系重合体は、合成過程で使用した原料や副生成物などの不純物を除去したものを用いることが好ましい。不純物を除去する方法としては、例えば、シリカゲルカラムグラフィー法、ソクスレー抽出法、ろ過法、イオン交換法、キレート法などを用いることができる。これらの方法を2種以上組み合わせてもよい。
共役系重合体は、合成過程で使用した原料や副生成物などの不純物を除去したものを用いることが好ましい。不純物を除去する方法としては、例えば、シリカゲルカラムグラフィー法、ソクスレー抽出法、ろ過法、イオン交換法、キレート法などを用いることができる。これらの方法を2種以上組み合わせてもよい。
上記CNT組成物は、種々の用途に利用可能であるが、半導体素子に用いられることが好ましい。より具体的には、半導体素子における半導体層を形成するための材料として、上記CNT組成物を用いることが好ましい。
上記CNT組成物を適用することができる半導体素子の構造には特に制限はなく、例えば、国際公開第2009/116373号、国際公開第2017/130836号等に記載の半導体素子に適用することができる。
上記半導体素子の用途には特に制限はないが、無線通信装置に用いられることが好ましい。無線通信装置は、例えばRFIDのような、リーダ/ライタに搭載されたアンテナから送信される搬送波を、RFIDタグが受信することで、電気通信を行う装置である。例えば、国際公開第2017/130836号等に記載の無線通信装置、及び無線通信装置を含有する商品タグに適用することができる。
上記CNT組成物を適用することができる半導体素子の構造には特に制限はなく、例えば、国際公開第2009/116373号、国際公開第2017/130836号等に記載の半導体素子に適用することができる。
上記半導体素子の用途には特に制限はないが、無線通信装置に用いられることが好ましい。無線通信装置は、例えばRFIDのような、リーダ/ライタに搭載されたアンテナから送信される搬送波を、RFIDタグが受信することで、電気通信を行う装置である。例えば、国際公開第2017/130836号等に記載の無線通信装置、及び無線通信装置を含有する商品タグに適用することができる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定して解釈されるものではない。
<原料CNT分散液>
本実施例に使用する原料CNTは、実施例1及び実施例4~7ではCarbon Solutions社製のアーク法によって合成されたCNT(AP-SWNT、平均直径1.5nm;カタログ値)を購入して使用し、実施例2、3はCarbon Solutions社製のアーク法によって合成されたCNT(iP-SWNT、平均直径1.5nm)を購入して使用した。また、比較として、直径の異なるCNTを気相流動法(特開2018-016521号公報参照)によって合成して準備した(比較例1:平均直径1.8nm、比較例2:平均直径1.2nm)。
実施例1~7及び比較例1~2の全てにおいて、CNTとコール酸ナトリウム(SC)(Wako純薬(株)製)とを、コール酸ナトリウム濃度が0.5質量%、CNT濃度が0.1質量%になるよう計量した水(蒸留によって精製された精製水)中で混合した。その混合物100gを、超音波ホモジナイザー(ブランソン社製:Digital Sonifier Models 250)を用いて、出力50%で超音波を照射した。得られたCNT分散液を、超遠心分離機(HITACHI、himac CS100GXII)にセットして、CNT合成時に混入している不純物を沈降させて取り除いた。これを原料CNT分散液とした。
超音波ホモジナイザーの照射時間は、実施例1~4と比較例1~2が3時間、実施例5~6が2.5時間、実施例7が2時間とした。超遠心分離機の条件は、実施例1~3と実施例5、及び比較例1~2は、50000G、30分とし、実施例4と実施例6~7は40000G、30分とした。
<原料CNT分散液>
本実施例に使用する原料CNTは、実施例1及び実施例4~7ではCarbon Solutions社製のアーク法によって合成されたCNT(AP-SWNT、平均直径1.5nm;カタログ値)を購入して使用し、実施例2、3はCarbon Solutions社製のアーク法によって合成されたCNT(iP-SWNT、平均直径1.5nm)を購入して使用した。また、比較として、直径の異なるCNTを気相流動法(特開2018-016521号公報参照)によって合成して準備した(比較例1:平均直径1.8nm、比較例2:平均直径1.2nm)。
実施例1~7及び比較例1~2の全てにおいて、CNTとコール酸ナトリウム(SC)(Wako純薬(株)製)とを、コール酸ナトリウム濃度が0.5質量%、CNT濃度が0.1質量%になるよう計量した水(蒸留によって精製された精製水)中で混合した。その混合物100gを、超音波ホモジナイザー(ブランソン社製:Digital Sonifier Models 250)を用いて、出力50%で超音波を照射した。得られたCNT分散液を、超遠心分離機(HITACHI、himac CS100GXII)にセットして、CNT合成時に混入している不純物を沈降させて取り除いた。これを原料CNT分散液とした。
超音波ホモジナイザーの照射時間は、実施例1~4と比較例1~2が3時間、実施例5~6が2.5時間、実施例7が2時間とした。超遠心分離機の条件は、実施例1~3と実施例5、及び比較例1~2は、50000G、30分とし、実施例4と実施例6~7は40000G、30分とした。
(実施例1)
<ゲルカラム法>
原料CNT分散液について、上述したパターン6の方法によるゲルカラム分離を以下の通り2回繰り返し行った。
パターン6の条件はとしては、まず、原料CNT分散液はSC濃度0.5質量%のCNT分散液であるので、SDS濃度0.5質量%になるようにSDSを追加投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる原料CNT分散液2とした。この原料CNT分散液2を、特許文献3記載の方法を参考にゲルの充填されたカラムに投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる水溶液を展開液として展開した。そして、金属型CNTが流出した後、展開液をSC濃度が0.5質量%の水溶液に切り替え、半導体型CNT比率の高いCNT分散液を得た。得られたCNT分散液にSDSを投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となるCNT分散液に調整し直し、再度、ゲルの充填されたカラムに投入した。再び、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる水溶液を展開液として展開した。そして、微量に混入していた金属型CNTが流出した後、展開液をSC濃度が0.5質量%の水溶液に切り替え、半導体型CNT比率の更に高いCNT分散液を得た。
<ゲルカラム法>
原料CNT分散液について、上述したパターン6の方法によるゲルカラム分離を以下の通り2回繰り返し行った。
パターン6の条件はとしては、まず、原料CNT分散液はSC濃度0.5質量%のCNT分散液であるので、SDS濃度0.5質量%になるようにSDSを追加投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる原料CNT分散液2とした。この原料CNT分散液2を、特許文献3記載の方法を参考にゲルの充填されたカラムに投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる水溶液を展開液として展開した。そして、金属型CNTが流出した後、展開液をSC濃度が0.5質量%の水溶液に切り替え、半導体型CNT比率の高いCNT分散液を得た。得られたCNT分散液にSDSを投入し、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となるCNT分散液に調整し直し、再度、ゲルの充填されたカラムに投入した。再び、SC濃度、SDS濃度共に0.5質量%となる水溶液を展開液として展開した。そして、微量に混入していた金属型CNTが流出した後、展開液をSC濃度が0.5質量%の水溶液に切り替え、半導体型CNT比率の更に高いCNT分散液を得た。
<CNT組成物の物性値>
ゲルカラム法で得られたCNT分散液をそのままの状態で、分光光度計(JASCO V-770)を用いて波長300nm~1100nmの範囲で吸収スペクトルを測定した。最も大きな吸収を示した吸収ピークトップの波長は1010nmであり、最も低い位置の波長は664nmであった。その吸収強度比は3.3であった。
また、AFM測定による平均CNT長さは0.53μmであった。AFMによるCNTの長さ測定は、以下のように行った。ゲルカラム法で得られたCNT分散液をそのままの状態で、あらかじめ(3-アミノプロピル)トリエトキシシラン(APTES)で表面処理をしたシリコンの基盤上に滴下し、1時間静置した。そののち、表面を水洗して、100℃で約30分乾燥したものをサンプルとした。これを7μm×7μmの測定視野で測定した。視野中に孤立分散しているCNTを全てカウントしたところ、151本であったので、それら全てのCNT長さを測り、相加平均を算出した。
ゲルカラム法で得られたCNT分散液をそのままの状態で、分光光度計(JASCO V-770)を用いて波長300nm~1100nmの範囲で吸収スペクトルを測定した。最も大きな吸収を示した吸収ピークトップの波長は1010nmであり、最も低い位置の波長は664nmであった。その吸収強度比は3.3であった。
また、AFM測定による平均CNT長さは0.53μmであった。AFMによるCNTの長さ測定は、以下のように行った。ゲルカラム法で得られたCNT分散液をそのままの状態で、あらかじめ(3-アミノプロピル)トリエトキシシラン(APTES)で表面処理をしたシリコンの基盤上に滴下し、1時間静置した。そののち、表面を水洗して、100℃で約30分乾燥したものをサンプルとした。これを7μm×7μmの測定視野で測定した。視野中に孤立分散しているCNTを全てカウントしたところ、151本であったので、それら全てのCNT長さを測り、相加平均を算出した。
<(D/G)×100の値と元素分析の測定>
ゲルカラム法で得られたCNT分散液を、口径0.1μmのミリポア社製メンブレン濾紙を用いて加圧濾過した。ろ取したCNT組成物をメタノール約50mLで2回、水約50mLで2回、最後にメタノール約50mLで2回洗浄した。その後、測定用に一部をサンプリングして、スライドガラス上で120℃、1時間乾燥した後、スライドガラス上のCNT乾燥物をラマン分光光度計・波長532nmで測定した。(D/G)×100の値は66であった。
(D/G)×100の値の測定で得られるサンプルと同様の方法で得られた乾燥CNTサンプルを用いてXPS測定を行ったところ、ハロゲン元素は検出できなかった。
ゲルカラム法で得られたCNT分散液を、口径0.1μmのミリポア社製メンブレン濾紙を用いて加圧濾過した。ろ取したCNT組成物をメタノール約50mLで2回、水約50mLで2回、最後にメタノール約50mLで2回洗浄した。その後、測定用に一部をサンプリングして、スライドガラス上で120℃、1時間乾燥した後、スライドガラス上のCNT乾燥物をラマン分光光度計・波長532nmで測定した。(D/G)×100の値は66であった。
(D/G)×100の値の測定で得られるサンプルと同様の方法で得られた乾燥CNTサンプルを用いてXPS測定を行ったところ、ハロゲン元素は検出できなかった。
化合物(1-a)((株)東京化成工業製)1.6g、テトラブチルアンモニウムブロミド((株)東京化成工業製)0.32gをジメチルスルホキシド((株)和光純薬工業製)10.0mLに溶解し、窒素雰囲気下、水酸化カリウム((株)和光純薬工業製)0.76gの水溶液0.76mLを加え、室温で30分間撹拌した。得られた溶液に、6-ブロモヘキサン酸エチルを加え、50℃で6時間撹拌した。得られた溶液に、水100mL、n-ヘキサン100mLおよびジクロロメタン100mLを加え、有機層を分取した。得られた有機層を水100mLで洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液をカラムクロマトグラフィー(充填材:シリカゲル、溶離液:トルエン)で精製し、化合物(1-b)1.5gを得た。
化合物(1-b)1.2gと、ビスピナコラトジボロン((株)東京化成工業製)1.5gと、酢酸カリウム((株)東京化成工業製)0.79gと、[1,1‘-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリドジクロロメタン付加物74mgとをジメチルホルムアミド15.0mLに溶解し、窒素雰囲気下、100℃にて12時間撹拌した。得られた溶液に水200mL、n-ヘキサン200mLおよびジクロロメタン200mLを加え、有機層を分取した。得られた有機層を水200mLで洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液をカラムクロマトグラフィー(充填材:シリカゲル、溶離液:トルエン/酢酸エチル)で精製し、化合物(1-c)0.84gを得た。
化合物(1-b)1.2gと、ビスピナコラトジボロン((株)東京化成工業製)1.5gと、酢酸カリウム((株)東京化成工業製)0.79gと、[1,1‘-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリドジクロロメタン付加物74mgとをジメチルホルムアミド15.0mLに溶解し、窒素雰囲気下、100℃にて12時間撹拌した。得られた溶液に水200mL、n-ヘキサン200mLおよびジクロロメタン200mLを加え、有機層を分取した。得られた有機層を水200mLで洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液をカラムクロマトグラフィー(充填材:シリカゲル、溶離液:トルエン/酢酸エチル)で精製し、化合物(1-c)0.84gを得た。
化合物(1-c)0.42gと、化合物(1-d)0.23gとを、トルエン30mLに溶解した。ここに、水10mL、炭酸カリウム0.65g、[1,1‘-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリドジクロロメタン付加物((株)東京化成工業製)19mgおよびAliquat(R)336(アルドリッチ社製) 1滴を加え、窒素雰囲気下、80℃にて1時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン0.64gを加え、80℃にて30分撹拌した。得られた溶液にメタノール50mLを加え、生成した固体をろ取し、メタノール、水、メタノール、アセトンを順に用いて洗浄した。得られた固体をクロロホルムに溶解させ、シリカゲルショートカラム(溶離液:クロロホルム/酢酸エチル)を通した後に濃縮乾固し、重合体[28]を0.27g得た。重合体[28]の分子量を下記の方法で測定したところ、重量平均分子量は20768、数平均分子量は12980であった。
共役系重合体の分子量は、以下のように測定した。サンプルを孔径0.45μmメンブレンフィルターで濾過後、GPC(GEL PERMEATION CHROMATOGRAPHY:ゲル浸透クロマトグラフィー、東ソー(株)製HLC-8220GPC)(展開溶剤:クロロホルムまたはテトラヒドロフラン、展開速度:0.4mL/分)を用いて、ポリスチレン標準サンプルによる換算により求めた。
共役系重合体の分子量は、以下のように測定した。サンプルを孔径0.45μmメンブレンフィルターで濾過後、GPC(GEL PERMEATION CHROMATOGRAPHY:ゲル浸透クロマトグラフィー、東ソー(株)製HLC-8220GPC)(展開溶剤:クロロホルムまたはテトラヒドロフラン、展開速度:0.4mL/分)を用いて、ポリスチレン標準サンプルによる換算により求めた。
<インクジェット塗布>
CNT分散液のインクジェット塗布は、インクジェット装置(東レエンジニアリング(株)製)を用いて行った。
CNT分散液のインクジェット塗布は、インクジェット装置(東レエンジニアリング(株)製)を用いて行った。
<移動度>
移動度は、以下のように評価した。CNT分散液を用いて半導体素子を作製し、その半導体素子について、ゲート電圧(Vg)を変えたときのソース・ドレイン間電流(Id)-ソース・ドレイン間電圧(Vsd)特性を測定した。測定には半導体特性評価システム4200-SCS型(ケースレーインスツルメンツ(株)製)を用い、大気中で測定した。Vg=+20~-20Vに変化させたときのVsd=+5VにおけるIdの値の変化から、線形領域の移動度を求めた。
移動度は、以下のように評価した。CNT分散液を用いて半導体素子を作製し、その半導体素子について、ゲート電圧(Vg)を変えたときのソース・ドレイン間電流(Id)-ソース・ドレイン間電圧(Vsd)特性を測定した。測定には半導体特性評価システム4200-SCS型(ケースレーインスツルメンツ(株)製)を用い、大気中で測定した。Vg=+20~-20Vに変化させたときのVsd=+5VにおけるIdの値の変化から、線形領域の移動度を求めた。
<共役系重合体とCNTの複合体作製例>
ゲルカラム法で得られたCNT分散液を、口径0.1μmのミリポア社製メンブレン濾紙を用いて加圧濾過した。ろ取したCNT組成物をメタノール約50mLで2回、水約50mLで2回、最後にメタノール約50mLで2回洗浄して、メタノールウェットケークとした。その後、重合体[28]5.0mgのクロロホルム10mL溶液に、当該ケークを1.0mg加えた。氷冷しながら、超音波ホモジナイザー(東京理化器械(株)製VCX-500)を用いて出力40%で2時間超音波撹拌し、CNT分散液1(溶媒に対するCNT複合体濃度0.1g/L)を得た。
次に、メンブレンフィルター(孔径10μm、直径25mm、ミリポア社製オムニポアメンブレン)を用いて、上記CNT分散液1のろ過を行った。得られた濾液に、ジクロロベンゼン5mLを加えた後、ロータリーエバポレーターを用いて、低沸点溶媒であるクロロホルムを留去し、CNT分散液Aを得た(溶媒に対するCNT複合体濃度0.1g/L)であった。
ゲルカラム法で得られたCNT分散液を、口径0.1μmのミリポア社製メンブレン濾紙を用いて加圧濾過した。ろ取したCNT組成物をメタノール約50mLで2回、水約50mLで2回、最後にメタノール約50mLで2回洗浄して、メタノールウェットケークとした。その後、重合体[28]5.0mgのクロロホルム10mL溶液に、当該ケークを1.0mg加えた。氷冷しながら、超音波ホモジナイザー(東京理化器械(株)製VCX-500)を用いて出力40%で2時間超音波撹拌し、CNT分散液1(溶媒に対するCNT複合体濃度0.1g/L)を得た。
次に、メンブレンフィルター(孔径10μm、直径25mm、ミリポア社製オムニポアメンブレン)を用いて、上記CNT分散液1のろ過を行った。得られた濾液に、ジクロロベンゼン5mLを加えた後、ロータリーエバポレーターを用いて、低沸点溶媒であるクロロホルムを留去し、CNT分散液Aを得た(溶媒に対するCNT複合体濃度0.1g/L)であった。
<ゲート絶縁層溶液の作成例>
メチルトリメトキシシラン61.29g(0.45モル)、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン12.31g(0.05モル)、およびフェニルトリメトキシシラン99.15g(0.5モル)を、プロピレングリコールモノブチルエーテル(沸点170℃)203.36gに溶解し、これに、水54.90g、リン酸0.864gを、撹拌しながら加えた。得られた溶液をバス温105℃で2時間加熱し、内温を90℃まで上げて、主として副生するメタノールからなる成分を留出させた。次いで、バス温130℃で2.0時間加熱し、内温を118℃まで上げて、主として水とプロピレングリコールモノブチルエーテルからなる成分を留出させた。その後、室温まで冷却し、固形分濃度26.0質量%のポリシロキサン溶液Aを得た。得られたポリシロキサンの分子量を上記の方法で測定したところ、重量平均分子量は6000であった。
得られたポリシロキサン溶液A10gと、アルミニウムビス(エチルアセトアセテート)モノ(2,4-ペンタンジオナート)(商品名「アルミキレートD」、川研ファインケミカル(株)製、以下アルミキレートDという)13.0gと、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(以下、PGMEAという)42.0gとを混合して、室温にて2時間撹拌し、ゲート絶縁層溶液Aを得た。本溶液中の上記ポリシロキサンの含有量は、アルミキレートD100質量部に対して20質量部であった。
メチルトリメトキシシラン61.29g(0.45モル)、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン12.31g(0.05モル)、およびフェニルトリメトキシシラン99.15g(0.5モル)を、プロピレングリコールモノブチルエーテル(沸点170℃)203.36gに溶解し、これに、水54.90g、リン酸0.864gを、撹拌しながら加えた。得られた溶液をバス温105℃で2時間加熱し、内温を90℃まで上げて、主として副生するメタノールからなる成分を留出させた。次いで、バス温130℃で2.0時間加熱し、内温を118℃まで上げて、主として水とプロピレングリコールモノブチルエーテルからなる成分を留出させた。その後、室温まで冷却し、固形分濃度26.0質量%のポリシロキサン溶液Aを得た。得られたポリシロキサンの分子量を上記の方法で測定したところ、重量平均分子量は6000であった。
得られたポリシロキサン溶液A10gと、アルミニウムビス(エチルアセトアセテート)モノ(2,4-ペンタンジオナート)(商品名「アルミキレートD」、川研ファインケミカル(株)製、以下アルミキレートDという)13.0gと、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート(以下、PGMEAという)42.0gとを混合して、室温にて2時間撹拌し、ゲート絶縁層溶液Aを得た。本溶液中の上記ポリシロキサンの含有量は、アルミキレートD100質量部に対して20質量部であった。
<半導体素子の作製例>
図1に示す半導体素子を作製した。ガラス製の基板1(膜厚0.7mm)上に、抵抗加熱法により、マスクを通して、クロムを厚さ5nmおよび金を厚さ50nm真空蒸着し、ゲート電極2を形成した。次に、ゲート絶縁層溶液Aを上記基板上にスピンコート塗布(2000rpm×30秒)し、窒素気流下、200℃で1時間熱処理することによって、膜厚600nmのゲート絶縁層3を形成した。次に、抵抗加熱法により、マスクを通して、金を厚さ50nm真空蒸着し、ソース電極5およびドレイン電極6を形成した。次に、ソース電極5とドレイン電極6との間に、CNT分散液Aを上記した方法によりインクジェット塗布し、窒素気流下、180℃で30分の熱処理を行い、半導体層4を形成した。こうして、半導体素子を得た。この半導体素子のソース電極5およびドレイン電極6の幅(チャネル幅)は各100μm、ソース電極5とドレイン電極6の間隔(チャネル長)は10μmとした。
この半導体素子の移動度の評価を上記した方法により行ったところ、on電流とoff電流の比(on/off比)が2.0E+06での移動度は40.0cm2/Vsだった。
図1に示す半導体素子を作製した。ガラス製の基板1(膜厚0.7mm)上に、抵抗加熱法により、マスクを通して、クロムを厚さ5nmおよび金を厚さ50nm真空蒸着し、ゲート電極2を形成した。次に、ゲート絶縁層溶液Aを上記基板上にスピンコート塗布(2000rpm×30秒)し、窒素気流下、200℃で1時間熱処理することによって、膜厚600nmのゲート絶縁層3を形成した。次に、抵抗加熱法により、マスクを通して、金を厚さ50nm真空蒸着し、ソース電極5およびドレイン電極6を形成した。次に、ソース電極5とドレイン電極6との間に、CNT分散液Aを上記した方法によりインクジェット塗布し、窒素気流下、180℃で30分の熱処理を行い、半導体層4を形成した。こうして、半導体素子を得た。この半導体素子のソース電極5およびドレイン電極6の幅(チャネル幅)は各100μm、ソース電極5とドレイン電極6の間隔(チャネル長)は10μmとした。
この半導体素子の移動度の評価を上記した方法により行ったところ、on電流とoff電流の比(on/off比)が2.0E+06での移動度は40.0cm2/Vsだった。
(実施例2)
原料CNTを前記のものに変更し、ゲルカラム法のパターン6の展開方法を一回とした以外は実施例1と同じ操作をおこなった。
結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
原料CNTを前記のものに変更し、ゲルカラム法のパターン6の展開方法を一回とした以外は実施例1と同じ操作をおこなった。
結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
(実施例3)
原料CNTを前記のものに変更し、ゲルカラム法の展開方法として、パターン7にした以外は実施例1と同じ操作をおこなった。結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
原料CNTを前記のものに変更し、ゲルカラム法の展開方法として、パターン7にした以外は実施例1と同じ操作をおこなった。結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
(実施例4~7)
原料CNT分散液記載の、超音波ホモジナイザーの照射時間と遠心分離の条件の組み合わせ部分が異なる以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
原料CNT分散液記載の、超音波ホモジナイザーの照射時間と遠心分離の条件の組み合わせ部分が異なる以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
(比較例1~2)
気相流動法にて合成した直径分布の異なる2種のCNTを用いて、実施例1と同様にゲルカラム法によって金属型CNTを除去したCNT組成物を得た。これについて、光吸収測定、(D/G)×100の値の測定、元素分析を行い、また半導体素子を作製して移動度を測定したところ、結果はそれぞれ表1のようになった。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
気相流動法にて合成した直径分布の異なる2種のCNTを用いて、実施例1と同様にゲルカラム法によって金属型CNTを除去したCNT組成物を得た。これについて、光吸収測定、(D/G)×100の値の測定、元素分析を行い、また半導体素子を作製して移動度を測定したところ、結果はそれぞれ表1のようになった。移動度はon/off比2.0E+06での値を示した。
1 基板
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁層
4 半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 CNT複合体
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁層
4 半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 CNT複合体
Claims (6)
- 以下の(1)および(2)の特徴を有するカーボンナノチューブを含み、ハロゲンを含有しないカーボンナノチューブ組成物;
(1)コール酸誘導体と水とを含む溶液中に前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した、波長300nm~1100nmの範囲内での吸収スペクトルにおいて、波長600nm~700nmの範囲に最も低い吸光度(εmin)を示すとともに、波長900nm~1050nmの範囲に最も高い吸光度(εmax)を示し、前記最も低い吸光度と前記最も高い吸光度の比(εmax/εmin)が2.5以上4.5以下;
(2)ラマン分光光度計を用いて、波長532nmの光を励起光として測定した、GバンドとDバンドの高さ比((D/G)×100の値)が3.33以下。 - 前記カーボンナノチューブの平均長さが、0.5μm~2μmである請求項1に記載のカーボンナノチューブ組成物。
- 前記カーボンナノチューブが、前記カーボンナノチューブ表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブ複合体である、請求項1または2に記載のカーボンナノチューブ組成物。
- 請求項1~4のいずれかに記載のカーボンナノチューブ組成物を用いてなる半導体素子。
- 請求項5に記載の半導体素子を含む無線通信装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7098076B1 (ja) * | 2021-10-04 | 2022-07-08 | 大日精化工業株式会社 | カーボン材料分散液及びその使用 |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6212677B2 (ja) | 1980-03-18 | 1987-03-19 | Nippon Telegraph & Telephone | |
WO2009075293A1 (ja) * | 2007-12-10 | 2009-06-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | カーボンナノチューブの簡便な分離法 |
WO2009116373A1 (ja) | 2008-03-18 | 2009-09-24 | 東レ株式会社 | ゲート絶縁材料、ゲート絶縁膜、および有機電界効果型トランジスタ |
JP2010001161A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | アームチェア型単層カーボンナノチューブによる金属型炭素素材 |
US20110038786A1 (en) | 2005-03-04 | 2011-02-17 | Northwestern University | Separation of Carbon Nanotubes in Density Gradients |
JP2011111358A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Tokyo Metropolitan Univ | カーボンナノチューブ直径分離法 |
JP2011195431A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | カーボンナノチューブのより簡便な分離回収方法 |
JP2012036041A (ja) | 2010-08-06 | 2012-02-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | カーボンナノチューブの安価な分離方法と分離材並びに分離容器 |
JP2015214450A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブ複合材料の製造方法およびカーボンナノチューブ複合材料 |
JP2017112319A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 富士フイルム株式会社 | 分散組成物の製造方法および熱電変換層の製造方法 |
WO2017130836A1 (ja) | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 東レ株式会社 | n型半導体素子と相補型半導体装置およびその製造方法ならびにそれを用いた無線通信装置 |
JP2018016521A (ja) | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 東レ株式会社 | 単層カーボンナノチューブ含有組成物の製造方法 |
JP2018024968A (ja) * | 2016-08-05 | 2018-02-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | カーボンナノチューブを含む糸及びその製造方法 |
JP2018168018A (ja) | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 国立大学法人名古屋大学 | 半導体型カーボンナノチューブの分離方法および半導体素子の製造方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3222582B1 (en) * | 2006-08-30 | 2019-05-22 | Northwestern University | Monodisperse single-walled carbon nanotube populations and related methods for providing same |
JP2009023886A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Nara Institute Of Science & Technology | カーボンナノチューブ分散液およびその製造方法、並びにその利用 |
TWI405801B (zh) * | 2007-10-19 | 2013-08-21 | Nat Univ Tsing Hua | 具有電磁波干擾遮蔽效應之多壁碳奈米管/高分子奈米複合材之製備方法 |
US8058364B2 (en) * | 2008-04-15 | 2011-11-15 | Florida State University Research Foundation | Method for functionalization of nanoscale fibers and nanoscale fiber films |
US20100136327A1 (en) * | 2008-04-17 | 2010-06-03 | National Tsing Hua University | Method of preparation of a MWCNT/polymer composite having electromagnetic interference shielding effectiveness |
US8365923B2 (en) * | 2008-10-31 | 2013-02-05 | The University Of Western Australia | Methods for selectively separating carbon nanotubes |
JP5553282B2 (ja) * | 2010-03-05 | 2014-07-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | カーボンナノチューブの分離回収方法及びカーボンナノチューブ |
CN102078864B (zh) * | 2010-11-29 | 2013-01-16 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 碳纳米管的选择性宏量分离方法 |
JP5876657B2 (ja) * | 2011-03-08 | 2016-03-02 | 国立大学法人 筑波大学 | カーボンナノ構造体の加工方法ならびに製造方法 |
US8246928B1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-08-21 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Methods and compositions for the separation of single-walled carbon nanotubes |
US10163541B2 (en) * | 2013-10-24 | 2018-12-25 | Zeon Corporation | Latex composition, production method therefor, composite material, and conductive formed product |
JP6652049B2 (ja) * | 2014-05-30 | 2020-02-19 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブ分散液の製造方法およびカーボンナノチューブ分散液、複合材料用組成物の製造方法および複合材料の製造方法、並びに、複合材料および複合材料成形体 |
CN105819425B (zh) * | 2016-03-30 | 2019-03-15 | 苏州希印纳米科技有限公司 | 一种高纯度半导体型碳纳米管及其批量分离方法与应用 |
EP3447813A4 (en) * | 2016-04-19 | 2019-11-13 | Toray Industries, Inc. | SEMICONDUCTOR COMPONENT, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, WIRELESS COMMUNICATION DEVICE AND SENSOR |
CN109256467B (zh) * | 2018-09-07 | 2022-08-26 | 苏州希印纳米科技有限公司 | 高性能单壁碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法 |
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Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6212677B2 (ja) | 1980-03-18 | 1987-03-19 | Nippon Telegraph & Telephone | |
US20110038786A1 (en) | 2005-03-04 | 2011-02-17 | Northwestern University | Separation of Carbon Nanotubes in Density Gradients |
WO2009075293A1 (ja) * | 2007-12-10 | 2009-06-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | カーボンナノチューブの簡便な分離法 |
WO2009116373A1 (ja) | 2008-03-18 | 2009-09-24 | 東レ株式会社 | ゲート絶縁材料、ゲート絶縁膜、および有機電界効果型トランジスタ |
JP2010001161A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | アームチェア型単層カーボンナノチューブによる金属型炭素素材 |
JP2011195431A (ja) * | 2009-06-22 | 2011-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | カーボンナノチューブのより簡便な分離回収方法 |
JP2011111358A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Tokyo Metropolitan Univ | カーボンナノチューブ直径分離法 |
JP2012036041A (ja) | 2010-08-06 | 2012-02-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | カーボンナノチューブの安価な分離方法と分離材並びに分離容器 |
JP2015214450A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブ複合材料の製造方法およびカーボンナノチューブ複合材料 |
JP2017112319A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 富士フイルム株式会社 | 分散組成物の製造方法および熱電変換層の製造方法 |
WO2017130836A1 (ja) | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 東レ株式会社 | n型半導体素子と相補型半導体装置およびその製造方法ならびにそれを用いた無線通信装置 |
JP2018016521A (ja) | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 東レ株式会社 | 単層カーボンナノチューブ含有組成物の製造方法 |
JP2018024968A (ja) * | 2016-08-05 | 2018-02-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | カーボンナノチューブを含む糸及びその製造方法 |
JP2018168018A (ja) | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 国立大学法人名古屋大学 | 半導体型カーボンナノチューブの分離方法および半導体素子の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3936474A4 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7098076B1 (ja) * | 2021-10-04 | 2022-07-08 | 大日精化工業株式会社 | カーボン材料分散液及びその使用 |
WO2023058312A1 (ja) * | 2021-10-04 | 2023-04-13 | 大日精化工業株式会社 | カーボン材料分散液及びその使用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2020184012A1 (ja) | 2021-03-18 |
JP6819814B1 (ja) | 2021-01-27 |
CN113557212B (zh) | 2023-12-22 |
EP3936474A1 (en) | 2022-01-12 |
CN113557212A (zh) | 2021-10-26 |
TW202035283A (zh) | 2020-10-01 |
US20220149286A1 (en) | 2022-05-12 |
EP3936474A4 (en) | 2023-02-08 |
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