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TWI813863B - n型半導體元件、n型半導體元件的製造方法、無線通訊裝置及商品標籤 - Google Patents

n型半導體元件、n型半導體元件的製造方法、無線通訊裝置及商品標籤 Download PDF

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TWI813863B
TWI813863B TW109108890A TW109108890A TWI813863B TW I813863 B TWI813863 B TW I813863B TW 109108890 A TW109108890 A TW 109108890A TW 109108890 A TW109108890 A TW 109108890A TW I813863 B TWI813863 B TW I813863B
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semiconductor element
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group
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磯貝和生
小林康宏
村瀬清一郎
Original Assignee
日商東麗股份有限公司
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Abstract

本發明的課題在於藉由簡便的製程來提供一種具有高的n型半導體特性且穩定性優異的n型半導體元件，且製成如下的n型半導體元件，包括：基材；源極電極、汲極電極及閘極電極；與所述源極電極及汲極電極相接的半導體層；將所述半導體層與所述閘極電極絕緣的閘極絕緣層；以及於相對於所述半導體層而與所述閘極絕緣層相反之側和所述半導體層相接的第二絕緣層；所述n型半導體元件的特徵在於：所述半導體層含有奈米碳，所述第二絕緣層 A.含有（a）具有於一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式（1）所表示的基及通式（2）所表示的基的結構的化合物、與 （b）聚合物，或者 B.含有聚合物，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物（a）的R1 、R2 、R3 或R4 中去除氫原子的一部分後的剩餘的基或自化合物（a）的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基。 [化1]

Description

n型半導體元件、n型半導體元件的製造方法、無線通訊裝置及商品標籤
本發明是有關於一種n型半導體元件及其製造方法，且是有關於一種使用了該n型半導體元件的無線通訊裝置及商品標籤。
近年來，使用無線射頻辨識(Radio Frequency IDentification，RFID)技術的無線通訊系統受到關注。RFID標籤包括具有包含場效型電晶體(以下，稱為FET(field effect transistor))的電路的積體電路(integrated circuit，IC)晶片、以及用以進行與讀寫器的無線通訊的天線。設置於標籤內的天線接收由讀寫器發送的載波，而使IC晶片內的驅動電路運作。
RFID標籤被期待於物流管理、商品管理、防止扒竊等多種用途中的利用，於交通卡等IC卡、商品標籤等一部分中開始導入。
今後，為了於所有的商品中使用RFID標籤，需要降低製造成本。因此，於RFID標籤的製造製程中，研究利用自使用真空或高溫的製程中脫離，而使用塗佈、印刷技術的可撓性且廉價的製程。
例如，於IC晶片內的驅動電路的電晶體中，積極研究可應用噴墨技術或網版印刷技術的、使用碳奈米管(carbon nanotube，CNT)或有機半導體的場效型電晶體。
且說，關於IC晶片內的驅動電路，為了抑制其消耗電力等，一般包括包含p型FET與n型FET的互補型電路。但是，已知有：使用CNT的FET(以下，稱為CNT-FET)於大氣中通常顯示出p型半導體元件的特性。因此，研究有：於包含CNT的半導體層上形成含有包含碳原子與氮原子的鍵的有機化合物的第二絕緣層、或含有具有選自氮原子及磷原子中的任一種以上的供電子性化合物的第二絕緣層，藉此將CNT-FET的特性轉換為n型半導體元件(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2017/130836號手冊
[專利文獻2]國際公開第2018/180146號手冊
於專利文獻1中揭示如下方法：藉由在CNT上設置含有包含碳原子與氮原子的鍵的有機化合物的層，獲得具有高的n型半導體特性的n型半導體元件。另一方面，存在由於在大氣下長期保管而n型半導體特性發生劣化的課題。
相對於此，於專利文獻2中揭示如下方法：藉由降低 CNT上的層的氧透過度，抑制由在大氣下長期保管而引起的n型半導體特性的劣化。其中，亦存在如下課題，即由於層構成受到限制而製程步驟增加、或在設置氧透過度低的層之前n型半導體特性局部劣化。
因此，本發明的目的在於藉由簡便的製程來提供一種具有高的n型半導體特性且穩定性優異的n型半導體元件。
為了解決所述課題，本發明具有以下構成。
即，本發明為一種n型半導體元件，包括：基材；源極電極、汲極電極及閘極電極；與所述源極電極及汲極電極兩者相接的半導體層；將所述半導體層與所述閘極電極絕緣的閘極絕緣層；以及於相對於所述半導體層而與所述閘極絕緣層相反之側和所述半導體層相接的第二絕緣層；所述n型半導體元件中，所述半導體層含有奈米碳，所述第二絕緣層A.含有(a)具有於一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構的化合物(以下，有時將所述化合物稱為「化合物(a)」)、與(b)聚合物，或者B.含有聚合物，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a) 的R1、R2、R3或R4中去除氫原子的一部分後的剩餘的基或自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基。
Figure 109108890-A0305-02-0007-1
通式(1)及通式(2)中，R1表示選自氫原子、烷基及環烷基中的結構。R2~R4分別獨立地表示選自氫原子、烷基、環烷基、烷氧基烷基、烯基、環烯基、炔基、芳基及雜芳基中的結構。另外，亦可由R1~R4中的任意兩個形成環結構。於包含兩個以上通式(1)所表示的基或通式(2)所表示的基的情況下，於該通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基中，存在兩個以上的R1、R2、R3及R4可相互相同亦可不同。
根據本發明，可獲得具有高的n型半導體特性且穩定性優異的n型半導體元件。另外，根據本發明的製造方法，可藉由簡便的製程獲得所述n型半導體元件。另外，可提供一種利用所述半導體元件的無線通訊裝置及商品標籤。
1:基材
2:閘極電極
3:閘極絕緣層
4:半導體層
5:源極電極
6:汲極電極
7:奈米碳
8:第二絕緣層
9:保護層
50:天線
(a)~(f):步驟
圖1是表示本發明的實施形態1的n型半導體元件的示意剖面圖。
圖2是表示本發明的實施形態2的n型半導體元件的示意剖面圖。
圖3A是表示本發明的實施形態1的n型半導體元件的製造步驟的剖面圖。
圖3B是表示本發明的實施形態1的n型半導體元件的製造步驟的剖面圖。
圖4是表示使用作為本發明的實施形態之一的n型半導體元件的無線通訊裝置的一例的方塊圖。
以下，對本發明的n型半導體元件、n型半導體元件的製造方法、無線通訊裝置及商品標籤的較佳實施形態進行詳細說明。其中，本發明並不限定於以下的實施形態，可根據目的或用途進行各種變更來實施。
<n型半導體元件>
本發明的實施形態的n型半導體元件為包括：基材、源極電極、汲極電極及閘極電極、與所述源極電極及汲極電極兩者相接的半導體層、將所述半導體層與所述閘極電極絕緣的閘極絕緣層、以及於相對於所述半導體層而與所述閘極絕緣層相反之側和 所述半導體層相接的第二絕緣層的n型半導體元件，所述半導體層含有奈米碳，另外，所述第二絕緣層 A.含有具有於一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構的化合物(化合物(a))、及聚合物，或者 B.含有聚合物，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a)的R1、R2、R3或R4中去除氫原子的一部分後的剩餘的基或自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基。
圖1是表示本發明的實施形態1的半導體元件的示意剖面圖。該實施形態1的半導體元件具有形成於絕緣性的基材1上的閘極電極2、覆蓋閘極電極2的閘極絕緣層3、設置於閘極絕緣層3上的源極電極5及汲極電極6、設置於該些電極之間的半導體層4、以及覆蓋半導體層的第二絕緣層8。半導體層4包含奈米碳7。
該結構為所謂的底部閘極-底部接觸結構，即：閘極電極被配置於半導體層的下側，且於半導體層的下表面配置有源極電極及汲極電極。
圖2是表示本發明的實施形態2的半導體元件的示意剖面圖。該實施形態2的半導體元件具有形成於絕緣性的基材1上的閘極電極2、覆蓋閘極電極2的閘極絕緣層3、設置於閘極絕緣層3上的半導體層4、形成於半導體層4上的源極電極5及汲極電極6、以及設置於該些上的第二絕緣層8。半導體層4包含奈米碳 7。
該結構為所謂的底部閘極-頂部接觸結構，即：閘極電極被配置於半導體層的下側，且於半導體層的上表面配置有源極電極及汲極電極。
本發明的實施形態的半導體元件的結構並不限定於該些。另外，關於以下的說明，只要無特別說明，則無論半導體元件的結構如何均共通。
(基材)
基材只要為至少配置有電極系統的面具備絕緣性的基材，則可為任意材質者。作為基材，例如較佳為包含矽晶圓、玻璃、藍寶石、氧化鋁燒結體等無機材料的基材，包含聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚矽氧烷、聚乙烯基苯酚(polyvinyl phenol，PVP)、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚乙烯、聚苯硫醚、聚對二甲苯等有機材料的基材。
另外，作為基材，例如亦可為於矽晶圓上形成有PVP膜者、或於聚對苯二甲酸乙二酯上形成有聚矽氧烷膜者等積層有多種材料者。
(電極)
閘極電極、源極電極及汲極電極中所使用的材料只要是一般可用作電極的導電材料，則可為任意者。作為導電材料，例如可列舉：氧化錫、氧化銦、氧化錫銦(indium tin oxide，ITO)等導電性金屬氧化物；鉑、金、銀、銅、鐵、錫、鋅、鋁、銦、鉻、 鋰、鈉、鉀、銫、鈣、鎂、鈀、鉬、非晶矽、多晶矽等金屬或該些的合金；碘化銅、硫化銅等無機導電性物質；聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺；聚乙烯二氧噻吩與聚苯乙烯磺酸的錯合物等；藉由碘等的摻雜而提高了導電率的導電性聚合物等；碳材料等；及含有有機成分與導電體的材料等，但並不限定於該些。
其中，電極的柔軟性增加，於彎曲時與基材及閘極絕緣層的密接性亦良好，與配線及半導體層的電性連接變得良好，就所述方面而言，電極較佳為含有有機成分與導電體。
作為有機成分，並無特別限制，可列舉：單體、寡聚物、聚合物、光聚合起始劑、塑化劑、調平劑、界面活性劑、矽烷偶合劑、消泡劑、顏料等。就電極的耐彎折性提高的觀點而言，作為有機成分，較佳為寡聚物或聚合物。
作為寡聚物或聚合物，並無特別限定，可使用丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛清漆樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺等。該些中，就將電極彎曲時的抗龜裂性的觀點而言，較佳為丙烯酸樹脂。推斷其原因在於：丙烯酸樹脂的玻璃轉移溫度為100℃以下，且於導電膜的熱硬化時軟化，從而提高導電體粒子間的黏著。
所謂丙烯酸樹脂，是於重複單元中至少包含源自丙烯酸系單體的結構的樹脂。作為丙烯酸系單體的具體例，可列舉具有碳-碳雙鍵的所有化合物，該些丙烯酸系單體可單獨使用，亦可將兩種以上組合而使用。
作為導電體，只要是一般可用作電極的導電材料，則可為任意者，較佳為藉由導電材料構成全部或一部分且粒子自身具有導電性的導電性粒子。藉由將導電性粒子用作導電體，可於包含其的電極的表面形成凹凸。藉由使閘極絕緣膜進入至該凹凸中，產生錨定效果，從而進一步提高電極與閘極絕緣膜的密接性。藉由提高電極與閘極絕緣膜的密接性，存在提高電極的耐彎折性的效果或抑制對半導體元件反覆施加電壓時的電氣特性的變動的效果。藉由該些效果，進一步改善半導體元件的可靠性。
作為適於導電性粒子的導電材料，可列舉：金、銀、銅、鎳、錫、鉍、鉛、鋅、鈀、鉑、鋁、鎢、鉬或碳等。更佳的導電性粒子為含有選自由金、銀、銅、鎳、錫、鉍、鉛、鋅、鈀、鉑、鋁及碳所組成的群組中的至少一種元素的導電性粒子。該些導電性粒子可單獨使用，亦可以合金的形式使用，抑或可以混合粒子的形式使用。
該些中，就導電性的觀點而言，較佳為金、銀、銅或鉑的粒子。其中，就成本及穩定性的觀點而言，更佳為銀。
另外，閘極電極、源極電極及汲極電極各自的寬度及厚度、以及源極電極與汲極電極的間隔可設計為任意值。例如，電極寬度較佳為10μm~10mm，電極的厚度較佳為0.01μm~100μm，源極電極與汲極電極的間隔較佳為1μm~1mm，但並不限於該些。
用以製作該些電極的材料可單獨使用，亦可將多種材料 積層而形成電極，或者亦可混合使用多種材料而形成電極。
(閘極絕緣層)
閘極絕緣層中所使用的材料只要可確保半導體層與閘極電極之間的絕緣，則並無特別限定，可列舉：氧化矽、氧化鋁等無機材料；聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚矽氧烷、聚乙烯基苯酚(PVP)等有機高分子材料；或者無機材料粉末與有機材料的混合物。
其中，較佳為含有包含矽與碳的鍵的有機化合物者，特佳為聚矽氧烷。
閘極絕緣層較佳為進而含有包含金屬原子與氧原子的鍵的金屬化合物。此種金屬化合物並無特別限制，例如可例示金屬氧化物、金屬氫氧化物等。金屬化合物中所含的金屬原子若為形成金屬螯合物者，則並無特別限定。作為金屬原子，例如可列舉：鎂、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鋯、釕、鈀、銦、鉿、鉑等。其中，就獲取容易性、成本、金屬螯合物的穩定性的方面而言，較佳為鋁。
閘極絕緣層的膜厚較佳為0.05μm~5μm，更佳為0.1μm~1μm。藉由設為該範圍的膜厚，容易形成均勻的薄膜。膜厚可利用原子力顯微鏡或橢圓偏振法等來測定。
閘極絕緣層可為單層亦可為多層。另外，可由多種絕緣性材料來形成一層，亦可將多種絕緣性材料積層而形成多個絕緣層。
(半導體層)
半導體層含有奈米碳。所謂奈米碳，是具有奈米尺寸的大小的結構的包含碳的物質，例如可列舉：碳奈米管(CNT)、石墨烯、碳奈米角、石墨烯奈米帶、內包CNT等。就半導體特性的觀點而言，作為奈米碳，較佳為CNT、石墨烯，更佳為CNT。CNT進而佳為用作於其表面的至少一部分附著有共軛系聚合體的CNT複合體。若為不阻礙電氣特性的範圍，則半導體層亦可進而包含有機半導體或絕緣材料。
半導體層的膜厚較佳為1nm以上且100nm以下。藉由處於該範圍內，容易形成均勻的薄膜。半導體層的膜厚更佳為1nm以上且50nm以下，進而佳為1nm以上且20nm以下。膜厚可利用原子力顯微鏡或橢圓偏振法等來測定。
(CNT)
作為CNT，可使用：一片碳膜(石墨烯片)捲繞為圓筒狀的單層CNT、兩片石墨烯片捲繞為同心圓狀的兩層CNT、多片石墨烯片捲繞為同心圓狀的多層CNT的任一者。為了獲得高的半導體特性，較佳為使用單層CNT。CNT可利用電弧放電法、CVD、雷射-剝蝕法等而獲得。
另外，CNT更佳為於總CNT中包含80重量%以上的半導體型CNT。進而佳為包含90重量%以上的半導體型CNT，特佳為包含95重量%以上的半導體型CNT。作為於CNT中包含80重量%以上的半導體型CNT的方法，可使用已知的方法。例如可列 舉：於密度梯度劑的共存下進行超離心的方法；使特定的化合物選擇性地附著於半導體型或金屬型CNT的表面，利用溶解性的差來進行分離的方法；利用電性性質的差，藉由電泳等來進行分離的方法等。作為測定CNT中的半導體型CNT的含有率的方法，可列舉：根據可見-近紅外吸收光譜的吸收面積比來算出的方法、或根據拉曼光譜的強度比來算出的方法等。
本發明中，於將CNT用於半導體元件的半導體層的情況下，CNT的長度較佳為較源極電極與汲極電極之間的距離(以下，為「電極間距離」)更短。CNT的平均長度雖亦取決於電極間距離，但較佳為2μm以下，更佳為1μm以下。作為縮短CNT的長度的方法，可列舉酸處理、冷凍粉碎處理等。
CNT的平均長度是作為隨機拾取的20根CNT的長度的平均值而求出。作為CNT平均長度的測定方法，可列舉如下方法：自利用原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡等所獲得的圖像中，隨機拾取20根CNT，獲得該些的長度的平均值。
一般市售的CNT於長度上存在分佈，有時包含較電極間距離更長的CNT。因此，較佳為添加使CNT較電極間距離更短的步驟。例如，藉由利用硝酸、硫酸等的酸處理、超音波處理、或冷凍粉碎法等將CNT切割為短纖維狀的方法有效。另外，就提高CNT的純度的方面而言，進而佳為併用利用過濾器進行的分離。
另外，CNT的直徑並無特別限定，較佳為1nm以上且100nm以下，更佳為50nm以下。
本發明中，較佳為設置使CNT均勻分散於溶媒中，利用過濾器對分散液進行過濾的步驟。藉由自濾液中獲得較過濾器孔徑更小的CNT，而效率良好地獲得較電極間距離更短的CNT。該情況下，作為過濾器，可較佳地使用膜濾器。用於過濾的過濾器的孔徑只要較電極間距離更小即可，較佳為0.5μm~10μm。
(CNT複合體)
本發明中所使用的CNT中較佳為使共軛系聚合體附著於CNT表面的至少一部分而使用(以下，將附著有共軛系聚合體的CNT稱為「CNT複合體」)。此處，所謂共軛系聚合體，是指重複單元採取共軛結構且聚合度為2以上的化合物。
藉由使共軛系聚合體附著於CNT表面的至少一部分，可於不損及CNT所保有的高的電性特性的情況下，將CNT均勻分散於溶液中。若使用均勻分散有CNT的溶液，則可藉由塗佈法來形成包含均勻分散的CNT的膜。藉此，可實現高的半導體特性。
所謂於CNT表面的至少一部分附著有共軛系聚合體的狀態，是指共軛系聚合體包覆CNT表面的一部分、或者全部的狀態。推測共軛系聚合體可包覆CNT的原因在於：藉由源自兩者的共軛系結構的π電子雲重疊，而產生相互作用。
CNT是否由共軛系聚合體所包覆，可根據其反射色來判斷。被包覆的CNT的反射色與未被包覆的CNT的反射色不同，且接近共軛系聚合體的反射色。可以定量的方式，藉由X射線光電子分光(XPS)等元素分析來確認附著物對於CNT的存在或測 定CNT與附著物的重量比。
另外，就對CNT的附著的容易度而言，共軛系聚合體的重量平均分子量較佳為1000以上。
作為使共軛系聚合體附著於CNT的方法，可列舉：(I)於熔融的共軛系聚合體中添加CNT而混合的方法；(II)使共軛系聚合體溶解於溶媒中，於其中添加CNT而混合的方法；(III)利用超音波等，使CNT預分散於溶媒中，向其中添加共軛系聚合體而混合的方法；(IV)於溶媒中放入共軛系聚合體與CNT，對該混合體系照射超音波而混合的方法等。本發明中，可使用任一種方法，亦可將多種方法加以組合。
作為共軛系聚合體，可列舉：聚噻吩系聚合體、聚吡咯系聚合體、聚苯胺系聚合體、聚乙炔系聚合體、聚對苯系聚合體、聚對苯乙炔系聚合體等，但並無特別限定。作為所述聚合體，可較佳地使用單一的單體單元排列而成者，亦可較佳地使用將不同的單體單元進行嵌段共聚而成者、進行無規共聚而成者、及進行接枝聚合而成者。
於所述聚合體中，本發明中就對CNT的附著容易且容易形成CNT複合體的觀點而言，可較佳地使用聚噻吩系聚合體。聚噻吩系聚合體中，更佳為於重複單元中包含環中具有含氮雙鍵的縮合雜芳基單元與噻吩單元者。
作為環中具有含氮雙鍵的縮合雜芳基單元，可列舉：噻吩並吡咯、吡咯並噻唑、吡咯並噠嗪、苯並咪唑、苯並三唑、苯 並噁唑、苯並噻唑、苯並噻二唑、喹啉、喹噁啉、苯並三嗪、噻吩並噁唑、噻吩並吡啶、噻吩並噻嗪、噻吩並吡嗪等單元。於該些中，特佳為苯並噻二唑單元或喹噁啉單元。藉由具有該些單元，CNT與共軛系聚合體的密接性增加，可使CNT更良好地分散於半導體層中。
(第二絕緣層)
第二絕緣層形成於相對於半導體層而與形成有閘極絕緣層的一側相反之側。所謂相對於半導體層而與形成有閘極絕緣層的一側相反之側，例如於在半導體層的下側具有閘極絕緣層的情況下是指半導體層的上側。藉由形成本發明的第二絕緣層，可將通常顯示出p型半導體特性的奈米碳-FET轉換為顯示出n型半導體特性的半導體元件。
第二絕緣層含有(a)具有於一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構的化合物(化合物(a))、及(b)聚合物。
化合物(a)於其分子結構中具有碳-碳雙鍵及共軛系中的至少一個，且於該碳-碳雙鍵或共軛系直接分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基(方便起見，將該鍵結有通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的碳-碳雙鍵或共軛系稱為「第一非定域電子系」)。另外，化合物(a)亦可具有兩個以上的第一非定域電子系，亦可包含第一非定域電子系以外的非定域電子系、即未鍵結有通式(1)所表示的基及通式 (2)所表示的基兩者或一者的碳-碳雙鍵或共軛系。
再者，關於通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的判別，於兩個以上的相當於通式(1)的基直接鍵結於一個碳-碳雙鍵或共軛系的情況下，將其中一個設為相當於通式(2)所表示的基，設為視為相當於「第一非定域電子系」。
化合物(a)藉由在一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基，一個碳-碳雙鍵或一個共軛系的π軌域的電子密度變高。進而，一個碳-碳雙鍵或一個共軛系的結構容易與奈米碳發生π-π相互作用或電荷移動相互作用，因此推斷化合物(a)與奈米碳強烈地發生電子相互作用，可將通常顯示出p型半導體特性的奈米碳-FET轉換為顯示出穩定的n型半導體特性的半導體元件。
認為藉由第二絕緣層進而含有聚合物，可穩定地保持化合物(a)與奈米碳發生相互作用的場所，因此推測可獲得更穩定的n型半導體特性。
Figure 109108890-A0305-02-0019-2
通式(1)及通式(2)中，R1表示選自氫原子、烷基及環烷基中的結構。R2~R4分別獨立地表示選自氫原子、烷基、環烷基、烷氧基烷基、烯基、環烯基、炔基、芳基及雜芳基中的結構。另外，亦可由R1~R4中的任意兩個形成環結構。於包含兩個以上通式(1)所表示的基或通式(2)所表示的基的情況下，於該通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基中，存在兩個以上的R1、R2、R3及R4可相互相同亦可不同。認為藉由通式(1)及通式(2)中的R1~R4為後述的結構，化合物(a)中的一個碳-碳雙鍵或一個共軛系以及通式(1)及通式(2)中的氮原子容易接近奈米碳，化合物(a)與奈米碳間的電子相互作用變強，可獲得更穩定的n型半導體特性。
所謂烷基，例如表示甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第二丁基、第三丁基等飽和脂肪族烴基。烷基可具有取代基，亦可不具有取代基。於烷基具有取代基的情況下，取代基並無特別限制，例如可列舉：烷氧基、芳基、雜芳基等。取代基可進而具有取代基。只要無特別說明，則關於該些取代基的說明於以下的記載中亦共通。另外，烷基的碳數並無特別限定，就獲取的容易性或成本的方面而言，較佳為1以上且20以下，更佳為1以上且8以下。
所謂環烷基，例如表示環丙基、環己基、降冰片基、金剛烷基等飽和脂環式烴基。環烷基可具有取代基，亦可不具有取代基。環烷基的碳數並無特別限定，較佳為3以上且20以下的範 圍。
所謂烯基，例如表示乙烯基、芳基、丁二烯基等包含雙鍵的不飽和脂肪族烴基。烯基可具有取代基，亦可不具有取代基。烯基的碳數並無特別限定，較佳為2以上且20以下的範圍。
所謂環烯基，例如表示環戊烯基、環戊二烯基、環己烯基等包含雙鍵的不飽和脂環式烴基。環烯基可具有取代基，亦可不具有取代基。環烯基的碳數並無特別限定，較佳為3以上且20以下的範圍。
所謂炔基，例如表示乙炔基等包含三鍵的不飽和脂肪族烴基。炔基可具有取代基，亦可不具有取代基。炔基的碳數並無特別限定，較佳為2以上且20以下的範圍。
所謂芳基，例如表示苯基、萘基、聯苯基、蒽基、菲基、三聯苯基、芘基等芳香族烴基。芳基可具有取代基，亦可不具有取代基。芳基的碳數並無特別限定，較佳為6以上且40以下的範圍。
所謂雜芳基，例如表示呋喃基、苯硫基、苯並呋喃基、二苯並呋喃基、吡啶基、喹啉基等在一個或多個環內具有碳以外的原子的芳香族基。雜芳基可具有取代基，亦可不具有取代基。雜芳基的碳數並無特別限定，較佳為2以上且30以下的範圍。
所謂由R1~R4中的任意兩個形成環結構的情況，例如為R1與R2或R1與R3相互鍵結而形成共軛或非共軛的環結構的情況。作為環結構的構成元素，除碳原子以外，亦可包含氮、氧、 硫、磷、矽各原子。另外，環結構亦可為進而與其他環縮合而成的結構。
另外，所謂共軛系是多重鍵共軛兩個或兩個以上的體系，多重鍵的π電子通過單鍵而相互作用並加以非定域化。例如，雙鍵及/或三鍵是藉由單鍵或非共用電子對或具有空的p軌域的原子而連結的結構，作為具體例，由通式(3)~通式(5)表示。
Figure 109108890-A0305-02-0022-3
另外，作為於一個共軛系分別鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的例子，例如可列舉通式(6)~通式(9)所表示的化合物。再者，化學式中，由虛線包圍鍵結有通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的共軛系。另一方面，通式(10)~通式(11)所表示的化合物不相當於具有第一非定域電子系的化合物。
Figure 109108890-A0305-02-0023-4
Figure 109108890-A0305-02-0023-5
作為化合物(a)，例如可列舉：四(二甲基胺基)乙烯、4-((2-二甲基胺基)乙烯基)-N,N-二甲基苯胺、1,2-苯二胺、1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-N',N'-二苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-N'-苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四乙基-1,4-苯二胺、1,4-二(吡咯啶-1-基)苯、1,4-二(哌啶-1-基)苯、1,4-二嗎啉基苯、N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二甲基-1,4-苯二胺、5,10-二氫-5,10-二甲基啡嗪、聯苯胺、3,3',5,5'-四甲基聯苯胺、N,N,N',N'-四甲基聯苯胺、4-(吡咯啶-1-基)苯胺、4-(4-甲基哌啶-1-基)苯胺、2,4-二哌啶-1-基-苯基胺、三[4-(二乙基胺基)苯基]胺、N,N,N',N'-四[4-(二異丁基胺基)苯基]-1,4-苯二胺、1,5-二胺基萘、1,8-二胺基萘、2,7-二胺基芴、N,N,N',N'-四甲基-2,7-二胺基芴等。化合物(a)可以單獨種使用，亦可組合多種而使用。
於化合物(a)中，共軛系較佳為包含芳香環。認為藉由共軛系包含芳香環，化合物(a)與CNT的電子相互作用變得更強。
作為該情況下的化合物(a)，例如可列舉：4-((2-二甲基胺基)乙烯基)-N,N-二甲基苯胺、1,2-苯二胺、1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-N',N'-二苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-N'-苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四乙基-1,4-苯二胺、1,4-二(吡咯啶-1-基)苯、1,4-二(哌啶-1-基)苯、1,4- 二嗎啉基苯、N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二甲基-1,4-苯二胺、5,10-二氫-5,10-二甲基啡嗪、聯苯胺、3,3',5,5'-四甲基聯苯胺、N,N,N',N'-四甲基聯苯胺、4-(吡咯啶-1-基)苯胺、4-(4-甲基哌啶-1-基)苯胺、2,4-二哌啶-1-基-苯基胺、三[4-(二乙基胺基)苯基]胺、N,N,N',N'-四[4-(二異丁基胺基)苯基]-1,4-苯二胺、1,5-二胺基萘、1,8-二胺基萘、2,7-二胺基芴、N,N,N',N'-四甲基-2,7-二胺基芴等。
化合物(a)更佳為具有伸芳基二胺結構或伸雜芳基二胺結構。即，更佳為於在共軛系中鍵結有通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構中包含源自伸芳基二胺結構或伸雜芳基二胺結構的結構。此處，所謂包含源自伸芳基二胺結構或伸雜芳基二胺結構的結構，是指於共軛系中鍵結有通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構中確認到源自胺基的氮原子鍵結於伸芳基或伸雜芳基的結構。認為於所述結構中，共軛系的π軌域的電子密度更高，該化合物與CNT的電子相互作用更強。所謂伸芳基二胺結構是伸芳基上直接取代有兩個胺基的結構，所謂伸雜芳基二胺結構是伸雜芳基上直接取代有兩個胺基的結構。
作為該情況下的化合物(a)，例如可列舉：1,2-苯二胺、1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-N',N'-二苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-N'-苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四乙基-1,4-苯二胺、1,4-二(吡咯啶-1-基)苯、1,4-二(哌啶-1-基)苯、1,4-二嗎啉基苯、N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二 甲基-1,4-苯二胺、聯苯胺、3,3',5,5'-四甲基聯苯胺、N,N,N',N'-四甲基聯苯胺、4-(吡咯啶-1-基)苯胺、4-(4-甲基哌啶-1-基)苯胺、2,4-二哌啶-1-基-苯基胺、三[4-(二乙基胺基)苯基]胺、N,N,N',N'-四[4-(二異丁基胺基)苯基]-1,4-苯二胺、1,5-二胺基萘、1,8-二胺基萘、2,7-二胺基芴、N,N,N',N'-四甲基-2,7-二胺基芴等。更佳為具有1,2-苯二胺或1,4-苯二胺結構，進而佳為具有1,4-苯二胺結構。
另外，更佳為化合物(a)中所含的通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基全部為三級胺結構。於該情況下，通式(1)及通式(2)中的氮原子中未鍵結有氫原子，因此認為一級胺或二級胺的情況下可能產生的氫原子的脫離引起的胺結構的不穩定化減少，穩定性提高。
作為該情況下的化合物(a)，例如可列舉：四(二甲基胺基)乙烯、N,N-二甲基-N',N'-二苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-N'-苯基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四乙基-1,4-苯二胺、1,4-二(吡咯啶-1-基)苯、1,4-二(哌啶-1-基)苯、1,4-二嗎啉基苯、N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二甲基-1,4-苯二胺、5,10-二氫-5,10-二甲基啡嗪、N,N,N',N'-四甲基聯苯胺、N,N-二甲基-4-(吡咯啶-1-基)苯胺、三[4-(二乙基胺基)苯基]胺、N,N,N',N'-四[4-(二異丁基胺基)苯基]-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-2,7-二胺基芴等。
另外，化合物(a)中，更佳為如下結構的化合物：於碳-碳雙鍵或一個共軛系直接鍵結的通式(1)所表示的基的至少 一個中，R1及R2選自由烷基及環烷基所組成的群組中。認為藉由將R1及R2設為烷基及環烷基，可提高氮原子的電子密度，藉此一個碳-碳雙鍵或一個共軛系的π軌域的電子密度變得更高，因此該化合物與奈米碳的電子相互作用更強。
作為該情況下的化合物(a)，例如可列舉：四(二甲基胺基)乙烯、4-((2-二甲基胺基)乙烯基)-N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基-1,4-苯二胺、N,N-二甲基-N',N'-二苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-N'-苯基-1,4-苯二胺、N,N,N'-三甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四乙基-1,4-苯二胺、1,4-二(吡咯啶-1-基)苯、1,4-二(哌啶-1-基)苯、1,4-二嗎啉基苯、N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二甲基-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基聯苯胺、4-(吡咯啶-1-基)苯胺、4-(4-甲基哌啶-1-基)苯胺、2,4-二哌啶-1-基-苯基胺、三[4-(二乙基胺基)苯基]胺、N,N,N',N'-四[4-(二異丁基胺基)苯基]-1,4-苯二胺、N,N,N',N'-四甲基-2,7-二胺基芴等。
作為化合物(a)，更佳的結構為於化合物(a)中所含的通式(1)所表示的基全部中，R1及R2選自烷基或環烷基中的結構，進而佳為化合物(a)中所含的通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基全部中R1~R4選自烷基或環烷基中的結構。
作為於第二絕緣層中可與化合物(a)一起使用的聚合物(以下，亦稱為聚合物(b))，例如可列舉：聚醯亞胺、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚矽氧烷、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基吡咯啶酮、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚 乙烯、聚丙烯、環烯烴聚合物、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸樹脂等。
其中，作為聚合物(b)，較佳為使用含有碳原子及雜原子的聚合物。認為化合物(a)與奈米碳發生電子相互作用，故相互帶有部分電荷。推斷，藉由在所述化合物與奈米碳的相互作用的周圍存在具有極性的聚合物，即含有碳原子及雜原子的聚合物，使所述化合物/奈米碳間的相互作用穩定。特別是作為聚合物(b)，較佳為具有酯鍵的聚合物。作為較佳的聚合物，例如可列舉聚酯、聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯或聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯等具有酯鍵的丙烯酸樹脂等。其中，較佳為於雜原子鍵結有氫原子的官能基的含量少的樹脂。作為於雜原子鍵結有氫原子的官能基，例如可列舉：羥基、巰基、羧基、磺基等。作為較佳的樹脂，例如可列舉聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲酯等。
另外，聚合物(b)的吸水率較佳為0.5重量%以下。若所述化合物(a)的通式(1)及通式(2)中存在的氮原子藉由聚合物中的水分進行質子化，則認為化合物(a)的π軌域的電子密度變低，該化合物與奈米碳的電子相互作用變弱。於聚合物(b)中的水分少，即聚合物的吸水率低的情況下，由於避免此種現象，故推斷顯示出穩定的n型半導體特性。聚合物(b)的吸水率更佳為0.3重量%以下，進而佳為0.1重量%以下。
聚合物的吸水率是基於JIS K 7209 2000(塑膠-吸水率的求出方法)，將試驗片於23℃的水中浸漬1週，測定其質量變化 來算出。
作為第二絕緣層中的化合物(a)或聚合物(b)的分析方法，可列舉利用核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)等分析自n型半導體元件提取構成第二絕緣層的各成分等而獲得的樣品的方法、或利用XPS等分析第二絕緣層的方法等。
第二絕緣層的膜厚較佳為500nm以上，更佳為1.0μm以上，進而佳為3.0μm以上，特佳為10μm以上。藉由設為該範圍的膜厚，可轉換為顯示出更高的n型半導體特性的半導體元件，且提高作為n型TFT的特性的穩定性。另外，作為膜厚的上限，並無特別限定，較佳為500μm以下。
關於第二絕緣層的膜厚，藉由掃描式電子顯微鏡對第二絕緣層的剖面進行測定，算出自所獲得的像中的位於半導體層上的第二絕緣層部分中隨機選擇的10處的膜厚，設為其算術平均值。
第二絕緣層除化合物(a)或聚合物(b)以外亦可含有其他化合物。作為其他化合物，例如可列舉藉由塗佈形成第二絕緣層的情況下用於調節溶液的黏度或流變的增稠劑或觸變劑等。
另外，第二絕緣層可為單層亦可為多層。於為多層的情況下，只要至少含有化合物(a)的層與半導體層相接，則至少一層可包含化合物(a)與聚合物(b)，化合物(a)與聚合物(b)亦可分別包含於不同的層中。例如可列舉於半導體層上形成含有化合物(a)的第一層且於其上形成含有聚合物(b)的第二層的構成。
另外，於本發明中，可使用於聚合物中導入發揮與化合物(a)相同作用的官能基的聚合物來代替包含化合物(a)與聚合物(聚合物(b))。作為此種聚合物，可列舉如下聚合物，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a)的R1、R2、R3或R4中去除氫原子的一部分(通常為一個氫原子(再者，作為二價基包含時為兩個氫原子))後的剩餘的基或者自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分(通常為一個氫原子(再者，作為二價基包含時為兩個氫原子))後的剩餘的基。再者，此處於該聚合物中，亦可視需要應用所述化合物(a)中的較佳態樣及聚合物(b)中的較佳態樣。
(保護層)
本發明的實施形態的n型半導體元件亦可於第二絕緣層上進而具有保護層。作為保護層的作用，可列舉保護半導體元件不受擦傷等物理損傷或大氣中的水分或氧影響等。
作為保護層的材料，例如可列舉：矽晶圓、玻璃、藍寶石、氧化鋁燒結體等無機材料、聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚矽氧烷、聚乙烯基苯酚、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚乙烯、聚苯硫醚、聚對二甲苯、聚丙烯腈、環烯烴聚合物等有機材料等。另外，例如亦可為於矽晶圓上形成有聚乙烯基苯酚膜者、或於聚對苯二甲酸乙二酯上形成有氧化鋁膜者等積層有多種材料者。
於本發明的實施形態的半導體元件中，可藉由使閘極電 壓變化來控制於源極電極與汲極電極之間流經的電流(源極-汲極間電流)。而且，半導體元件的遷移率μ(cm2/V．s)可使用下述的(a)式來算出。
μ=(δId/δVg)L．D/(W．εr．ε．Vsd) (a)
其中，Id表示源極-汲極間電流(A)，Vsd表示源極-汲極間電壓(V)，Vg表示閘極電壓(V)，D表示閘極絕緣層的厚度(m)，L表示通道長(m)，W表示通道寬度(m)，εr表示閘極絕緣層的相對介電常數(F/m)，ε表示真空的介電常數(8.85×10-12F/m)，δ表示相符合的物理量的變化量。
另外，臨限電壓可根據Id-Vg圖表中的線形部分的延長線與Vg軸的交點來求出。
n型半導體元件是藉由對閘極電極施加臨限電壓以上的正的電壓，源極-汲極間導通而運作者。臨限電壓的絕對值小、遷移率高者為高功能的特性良好的n型半導體元件。
(n型半導體元件的製造方法)
可於本發明的實施形態的n型半導體元件的製造中使用各種方法，其製造方法並無特別限制，較佳為包括塗佈含有所述第二絕緣層的構成成分及溶劑的組成物的步驟、及對該塗膜進行乾燥的步驟。另外，較佳為包括藉由塗佈法形成半導體層的步驟。藉由塗佈法來形成半導體層時，至少包括塗佈含有半導體層的構成成分及溶劑的溶液的步驟、及對該塗膜進行乾燥的步驟。
以下，列舉製造圖1所示的結構的半導體元件的情況為例，對本發明的實施形態的半導體元件的製造方法進行具體說明。
首先，如圖3A的步驟(a)所示，將閘極電極2形成於絕緣性基材1上。作為閘極電極2的形成方法，並無特別限制，可列舉使用電阻加熱蒸鍍、電子束、濺鍍、鍍敷、化學氣相沈積法(chemical vapor deposition，CVD)、離子鍍塗佈、噴墨、印刷等公知技術的方法。另外，作為電極的形成方法的另一例，可列舉下述方法等：利用旋塗法、刮塗法、縫模塗佈法、網版印刷法、棒塗機法、鑄模法、印刷轉印法、浸漬提拉法等公知的技術將包含有機成分及導電體的膏塗佈於絕緣基板上，並使用烘箱、加熱板、紅外線等進行乾燥而形成。
另外，作為電極圖案的形成方法，對於利用所述方法而製作的電極薄膜，可以公知的光微影法等而形成為所需形狀的圖案，或者亦可於電極物質的蒸鍍或濺鍍時，介隔所需形狀的遮罩來形成圖案。
其次，如圖3A的步驟(b)所示，將閘極絕緣層3形成於閘極電極2上。閘極絕緣層3的製作方法並無特別限制，例如可列舉如下方法：對於藉由將包含形成絕緣層的材料的組成物塗佈於基板上並進行乾燥而獲得的塗佈膜，視需要進行熱處理。作為塗佈方法，可列舉：旋塗法、刮塗法、縫模塗佈法、網版印刷法、棒塗機法、鑄模法、印刷轉印法、浸漬提拉法、噴墨法等公知的塗佈方法。作為塗佈膜的熱處理的溫度，較佳為處於100℃~ 300℃的範圍。
其次，如圖3A的步驟(c)所示，使用同一材料並利用所述方法將源極電極5及汲極電極6同時形成於閘極絕緣層3的上部。作為該形成方法，可使用與閘極電極的形成方法相同的方法。
其次，如圖3A的步驟(d)所示，將半導體層4形成於源極電極5與汲極電極6之間。作為半導體層4的形成方法，亦可使用電阻加熱蒸鍍、電子束、濺鍍、CVD等乾式方法，就製造成本或適合於大面積的觀點而言，較佳為使用塗佈法。具體而言，可較佳地使用旋塗法、刮塗法、縫模塗佈法、網版印刷法、棒塗機法、鑄模法、印刷轉印法、浸漬提拉法、噴墨法等。較佳為根據塗膜厚度控制或配向控制等所欲獲得的塗膜特性而自該些中選擇塗佈方法。另外，亦可於大氣下、減壓下或者氮或氬等惰性氣體環境下對所形成的塗膜進行退火處理。
其次，如圖3A的步驟(e)所示，以覆蓋半導體層4的方式形成第二絕緣層8。作為第二絕緣層8的形成方法，並無特別限定，亦可使用電阻加熱蒸鍍、電子束、層壓、濺鍍、CVD等方法，就製造成本或適合於大面積的觀點而言，較佳為使用塗佈法。於塗佈法中，至少包括塗佈組成物的步驟及對該塗膜進行乾燥的步驟，所述組成物含有作為第二絕緣層的構成成分的化合物(a)及聚合物以及溶劑、或者含有聚合物以及溶劑，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a)的R1、R2、R3或R4中去除氫原子 的一部分後的剩餘的基或者自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基。
作為塗佈方法，具體而言，可較佳地使用旋塗法、刮塗法、縫模塗佈法、網版印刷法、棒塗機法、鑄模法、印刷轉印法、浸漬提拉法、噴墨法、滴鑄法等。較佳為根據塗膜厚度控制或配向控制等所欲獲得的塗膜特性而自該些中選擇塗佈方法。
於使用塗佈法來形成第二絕緣層時，使第二絕緣層中所含有的聚合物溶解的溶媒並無特別限制，較佳為有機溶媒。作為溶媒的具體例，例如可列舉：乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單正丁醚、丙二醇單第三丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇乙基甲醚等醚類；乙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸3-甲基-3-甲氧基丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等酯類；丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、甲基異丁基酮、環戊酮、2-庚酮、γ-丁內酯等酮類；丁醇、異丁醇、戊醇、4-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-丁醇、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二丙酮醇等醇類；N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮等醯胺類；甲苯、二甲苯等芳香族烴類；己烷、十氫萘等烴類。
亦可使用該些中的兩種以上作為溶媒。其中，較佳為含有1氣壓下的沸點為110℃~250℃的溶媒。若溶媒的沸點為110℃以上，則於溶液塗佈時抑制溶劑的揮發，塗佈性變得良好。若溶 媒的沸點為250℃以下，則於絕緣膜中殘存的溶劑少，可獲得具有更良好的耐熱性或耐化學品性的第二絕緣層。
另外，亦可於大氣下、減壓下或者氮或氬等惰性氣體環境下對所形成的塗膜進行退火處理或熱風乾燥。具體而言，例如，作為退火的條件，可列舉50℃~150℃、3分鐘~30分鐘、氮氣環境下。藉由此種乾燥步驟，於塗膜的乾燥不充分的情況下，可使其充分乾燥。
視需要，如圖3B的步驟(f)所示，以覆蓋第二絕緣層的方式形成保護層9。
<無線通訊裝置>
其次，對具有所述n型半導體元件的本發明的實施形態的無線通訊裝置進行說明。該無線通訊裝置例如是如RFID標籤般，藉由接收由讀寫器中搭載的天線所發送的載波，並發送訊號來進行電氣通訊的裝置。
具體的運作為：例如RFID標籤的天線接收由讀寫器中搭載的天線所發送的無線訊號。而且，藉由整流電路而將與所述訊號相符地產生的交流電流轉變為直流電流，RFID標籤發電。其次，發電的RFID標籤自無線訊號來接收指令，進行與指令相符的運作。然後，將與指令相符的結果的回答，由RFID標籤的天線向讀寫器的天線發送無線訊號。再者，與指令相符的運作至少由公知的解調電路、運作控制邏輯電路、調變電路來進行。
本發明的實施形態的無線通訊裝置至少具有所述n型半 導體元件與天線。作為本發明的實施形態的無線通訊裝置的更具體的構成，例如可列舉如圖4所示者。其包括：電源生成部，進行由天線50接收的來自外部的調變波訊號的整流，並對各部供給電源；解調電路，將所述調變波訊號加以解調而送出至控制電路；調變電路，將由控制電路送出的資料加以調變而送出至天線；以及控制電路，進行經解調電路解調的資料對於記憶電路的寫入及/或自記憶電路讀取資料而向調變電路的發送；並且各電路部電性連接。
所述解調電路、控制電路、調變電路、記憶電路包含所述n型半導體元件，亦可進而包含電容器、電阻元件、二極體。所述電源生成部包含電容器與二極體。
天線、電容器、電阻元件、二極體只要為一般所使用者即可，所使用的材料、形狀並無特別限定。另外，將所述各構成要素電性連接的材料亦只要為一般可使用的導電材料，則可為任意者。各構成要素的連接方法亦只要可取得電性導通，則可為任意方法。各構成要素的連接部的寬度或厚度為任意。
<商品標籤>
其次，對含有本發明的實施形態的無線通訊裝置的商品標籤進行說明。該商品標籤例如具有基體、與由該基體包覆的所述無線通訊裝置。
基體例如藉由呈平板狀形成的紙等非金屬材料而形成。例如，基體設為將兩片平板狀的紙貼合而成的結構，所述無 線通訊裝置被配置於該兩片紙之間。於所述無線通訊裝置的記憶電路中，例如預先儲存有對商品進行個體識別的個體識別資訊。
於該商品標籤與讀寫器之間進行無線通訊。所謂讀寫器，為藉由無線而進行資料相對於商品標籤的讀取及寫入的裝置。讀寫器於商品的流通過程或付款時，於與商品標籤之間進行資料的互發。讀寫器例如有可攜式者或設置於現金出納機的固定型者。相對於本發明的實施形態的商品標籤，讀寫器可利用公知者。
本發明的實施形態的商品標籤具備識別資訊回信功能。其為如下功能：於商品標籤自規定的讀寫器收到要求發送個體識別資訊的指令時，藉由無線而回信自身所記憶的個體識別資訊。利用來自讀寫器的一次指令，根據多個商品標籤，發送各標籤的個體識別資訊。藉由該功能，例如於商品的精算現金出納機處，可非接觸地同時識別多個商品。因此，與利用條形碼的識別相比，可實現付款處理的容易化或迅速化。
另外，例如於進行商品結帳時，讀寫器可將根據商品標籤而讀取的商品資訊發送至銷售點系統(POS(Point of sale system)，銷售點資訊管理)終端機。藉由該功能，於POS終端機亦可進行由該商品資訊特定的商品的銷售登記，因此可實現庫存管理的容易化或迅速化。
[實施例]
以下，基於實施例對本發明進行更具體的說明。再者， 本發明並不由下述實施例限定性地解釋。
聚合物的分子量是如以下般測定。利用孔徑0.45μm膜濾器對樣品進行過濾後，使用凝膠滲透層析法(GEL PERMEATION CHROMATOGRAPHY：GPC，東曹(股)製造的HLC-8220GPC)(展開溶劑：氯仿或四氫呋喃，展開速度：0.4mL/min)，藉由利用聚苯乙烯標準樣品的換算來求出。
聚合物的吸水率是基於JIS K 7209 2000(塑膠-吸水率的求出方法)，將顆粒狀樣品10g於23℃的水中浸漬1週，將其質量變化量作為原來的質量的百分率來算出。
半導體溶液的製作例1；半導體溶液A
如國際公開第2017/130836號的「半導體溶液的製作例2」中記載般，利用式1所示的步驟合成化合物[60]。
[化6]
Figure 109108890-A0305-02-0039-6
利用所述方法對化合物[60]的分子量進行測定，結果重量平均分子量為4367，數量平均分子量為3475，聚合度n為3.1。
向化合物[60]為2.0mg的氯仿10mL溶液中加入1.0mg的CNT1(CNI公司製造，單層CNT，純度95%)，一邊進行冰浴冷卻，一邊使用超音波均質機(東京理化器械(股)製造的VCX-500)，以輸出20%進行4小時超音波攪拌，從而獲得CNT分散液A(相對於溶媒的CNT複合體濃度為0.96g/L)。
其次，進行用以形成半導體層的半導體溶液的製作。使 用膜濾器(孔徑為10μm，直徑為25mm，密理博(Millipore)公司製造的歐姆尼珀爾薄膜(omnipore membrane))，進行所述CNT分散液A的過濾，去除長度10μm以上的CNT複合體。於所獲得的濾液中加入5mL的鄰二氯苯(o-DCB。和光純藥工業(股)製造)後，使用旋轉蒸發器，將作為低沸點溶媒的氯仿蒸餾去除，從而獲得CNT分散液B。向CNT分散液B的1mL中加入3mL的o-DCB，從而製成半導體溶液A(相對於溶媒的CNT複合體濃度為0.03g/L)。
組成物的製作例1；閘極絕緣層溶液A
將61.29g(0.45莫耳)的甲基三甲氧基矽烷、12.31g(0.05莫耳)的2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、以及99.15g(0.5莫耳)的苯基三甲氧基矽烷溶解於203.36g的丙二醇單丁醚(沸點170℃)中，於其中一邊攪拌一邊加入54.90g的水、0.864g的磷酸。將所獲得的溶液於浴溫105℃下加熱2小時，使內溫上昇至90℃，使主要包含副產生的甲醇的成分餾出。繼而於浴溫130℃下加熱2.0小時，使內溫上昇至118℃，使主要包含水與丙二醇單丁醚的成分餾出。之後，冷卻至室溫，獲得固體成分濃度為26.0重量%的聚矽氧烷溶液A。利用所述方法對所獲得的聚矽氧烷的分子量進行測定，結果重量平均分子量為6000。
將10g的所獲得的聚矽氧烷溶液A、13.0g的雙(乙醯乙酸乙酯)單(2,4-戊二酮)鋁(商品名「鋁螯合物(Alumichelate)D」，川研精化(Kawaken Fine Chemicals)(股)製造，以下稱為 鋁螯合物(Alumichelate)D)、及42.0g的丙二醇單乙醚乙酸酯(以下，稱為PGMEA(propylene glycol monoethyl ether acetate))加以混合，於室溫下攪拌2小時，從而獲得閘極絕緣層溶液A。相對於鋁螯合物(Alumichelate)D 100重量份，本溶液中的所述聚矽氧烷的含量為20重量份。
組成物的製作例2；第二絕緣層製作用的溶液A
將聚甲基丙烯酸甲酯(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)2.5g溶解於N,N-二甲基甲醯胺7.5g中而製備聚合物溶液A。其次，將1,4-苯二胺(東京化成工業股份有限公司製造)1g溶解於N,N-二甲基甲醯胺9.0g中而製備化合物溶液A。向聚合物溶液A 0.68g中添加化合物溶液A 0.30g而獲得第二絕緣層製作用的溶液A。
組成物的製作例3；第二絕緣層製作用的溶液B
代替1,4-苯二胺而使用3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液B。
組成物的製作例4；第二絕緣層製作用的溶液C
代替1,4-苯二胺而使用N,N-二甲基-1,4-苯二胺(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液C。
組成物的製作例5；第二絕緣層製作用的溶液D
代替1,4-苯二胺而使用5,10-二氫-5,10-二甲基啡嗪(東京化 成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液D。
組成物的製作例6；第二絕緣層製作用的溶液E
代替1,4-苯二胺而使用4-((2-二甲基胺基)乙烯基)-N,N-二甲基苯胺，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液E。
組成物的製作例7；第二絕緣層製作用的溶液F
代替1,4-苯二胺而使用N,N-雙(甲氧基甲基)-N',N'-二甲基-1,4-苯二胺，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液F。
組成物的製作例8；第二絕緣層製作用的溶液G
代替1,4-苯二胺而使用N,N,N',N'-四甲基聯苯胺(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液G。
組成物的製作例9；第二絕緣層製作用的溶液H
代替1,4-苯二胺而使用N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液H。
組成物的製作例10；第二絕緣層製作用的溶液I
代替聚甲基丙烯酸甲酯而使用聚苯乙烯(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例9同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液I。
組成物的製作例11；第二絕緣層製作用的溶液J
將環烯烴聚合物(日本瑞翁(ZEON)股份有限公司製造)2.5g溶解於十氫萘(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)7.5g中而製備聚合物溶液B。其次，將N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺1g溶解於甲苯(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)9.0g中而製備化合物溶液B。向聚合物溶液B 0.68g中添加化合物溶液B 0.30g而獲得第二絕緣層製作用的溶液J。
組成物的製作例12；第二絕緣層製作用的溶液K
代替聚甲基丙烯酸甲酯而使用含酯基的烯烴樹脂(JSR股份有限公司製造，阿通(Arton)F4520)，除此以外與組成物的製作例9同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液K。
組成物的製作例13；第二絕緣層製作用的溶液L
代替1,4-苯二胺而使用苯胺(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液L。
組成物的製作例14；第二絕緣層製作用的溶液M
代替1,4-苯二胺而使用4'-胺基乙醯苯胺(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液M。
組成物的製作例15；第二絕緣層製作用的溶液N
代替1,4-苯二胺而使用4,4'-雙(二甲基胺基)三苯基甲烷(東京化成工業股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例2同 樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液N。
組成物的製作例16；第二絕緣層製作用的溶液O
將聚甲基丙烯酸甲酯2.5g溶解於甲苯7.5g中而製備聚合物溶液C。其次，將4,4'-雙(二苯基胺基)聯苯(東京化成工業股份有限公司製造)0.060g溶解於氯仿(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)0.94g中而製備化合物溶液C。向聚合物溶液C 0.68g中添加化合物溶液C 0.50g而獲得第二絕緣層製作用的溶液O。
組成物的製作例17；第二絕緣層製作用的溶液P
將N,N,N',N'-四甲基-1,4-苯二胺1.5g溶解於N,N-二甲基甲醯胺8.5g中而獲得第二絕緣層製作用的溶液P。
組成物的製作例18；第二絕緣層製作用的溶液Q
代替聚甲基丙烯酸甲酯而使用聚苯乙烯(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)，除此以外與組成物的製作例13同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液Q。
組成物的製作例19；第二絕緣層製作用的溶液R
將聚乙酸乙烯酯(富士膠片和光純藥股份有限公司製造)5g溶解於甲醇45g中，加入1M氫氧化鈉水溶液0.41mL，並於30℃下攪拌50分鐘。將所獲得的溶液加入至2.7mM乙酸150mL，過濾收集沈澱物。利用水充分清洗所獲得的沈澱物並加以乾燥，從而獲得聚合物R(一部分皂化而成的聚乙酸乙烯酯)。代替聚甲基丙烯酸甲酯而使用聚合物R，除此以外與組成物的製作例9同樣地進行而獲得第二絕緣層製作用的溶液R。
實施例1
製作圖1所示的構成的半導體元件。於玻璃製的基板1(膜厚0.7mm)上，藉由電阻加熱法，通過遮罩來真空蒸鍍厚度5nm的鉻及厚度50nm的金，形成閘極電極2。其次，將閘極絕緣層溶液A旋塗塗佈(2000rpm×30秒)於所述基板上，於氮氣流下、200℃下進行1小時熱處理，藉此形成膜厚600nm的閘極絕緣層3。其次，藉由電阻加熱法，通過遮罩來真空蒸鍍厚度50nm的金，形成源極電極5及汲極電極6。其次，於源極電極5與汲極電極6之間滴加1μL的所述半導體溶液A，於30℃下風乾10分鐘後，於加熱板上，於氮氣流下、150℃下進行30分鐘的熱處理，從而形成半導體層4。其次，將5μL的第二絕緣層製作用的溶液A以覆蓋半導體層4的方式滴加至半導體層4上，於氮氣流下、110℃下進行30分鐘熱處理，從而形成第二絕緣層8。如此，獲得n型半導體元件。該半導體元件的源極-汲極電極的寬度(通道寬度)設為200μm，源極-汲極電極的間隔(通道長度)設為20μm。
其次，對改變閘極電壓(Vg)時的源極-汲極間電流(Id)-源極-汲極間電壓(Vsd)特性進行測定。測定時使用半導體特性評價系統4200-SCS型(吉時利儀器(Keithley Instruments)股份有限公司製造)，於大氣中進行測定。根據變化為Vg=+30V~-30V時的Vsd=+5V下的Id的值的變化來求出線形區域的遷移率。另外，於大氣下將該半導體元件保管500小時後同樣地求出遷移率。將結果示於表1中。
實施例2
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液B，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例3
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液C，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例4
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液D，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例5
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液E，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例6
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液F，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例7
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的 溶液G，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例8
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液H，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例9
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液I，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例10
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液J，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例11
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液K，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
實施例12
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液R，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。
比較例1
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液L，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得良好的n型半導體特性。
比較例2
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液M，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得良好的n型半導體特性。
比較例3
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液N，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得良好的n型半導體特性。
比較例4
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液O，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得良好的n型半導體特性。
比較例5
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的溶液P，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得n型半導體特性。
比較例6
代替第二絕緣層製作用的溶液A而使用第二絕緣層製作用的 溶液Q，除此以外與實施例1同樣地進行來製作半導體元件，並評價遷移率。未獲得良好的n型半導體特性。
Figure 109108890-A0305-02-0049-7
無。

Claims (14)

  1. 一種n型半導體元件，包括：基材；源極電極、汲極電極及閘極電極；與所述源極電極及所述汲極電極兩者相接的半導體層；將所述半導體層與所述閘極電極絕緣的閘極絕緣層；以及於相對於所述半導體層而與所述閘極絕緣層相反之側和所述半導體層相接的第二絕緣層，所述n型半導體元件的特徵在於：所述半導體層含有奈米碳，所述第二絕緣層A.含有(a)具有於一個碳-碳雙鍵或一個共軛系分別直接鍵結有至少一個以上通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構的化合物(以下，稱為「化合物(a)」)、與(b)聚合物，或者B.含有聚合物，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a)的R1、R2、R3或R4中去除氫原子的一部分後的剩餘的基或自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基，
    Figure 109108890-A0305-02-0052-8
    Figure 109108890-A0305-02-0052-9
     (通式(1)及通式(2)中，R1表示選自氫原子、烷基及環烷基中的結構；R2~R4分別獨立地表示選自氫原子、烷基、環烷基、烷氧基烷基、烯基、環烯基、炔基、芳基及雜芳基中的結構；另外，亦可由R1~R4中的任意兩個形成環結構；於包含兩個以上通式(1)所表示的基或通式(2)所表示的基的情況下，於所述通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基中，存在兩個以上的R1、R2、R3及R4可相互相同亦可不同)。
  2. 如請求項1所述的n型半導體元件，其中化合物(a)包含芳香環作為共軛系。
  3. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中化合物(a)中，於在共軛系中鍵結有通式(1)所表示的基及通式(2)所表示的基的結構中包含源自伸芳基二胺結構或伸雜芳基二胺結構的結構。
  4. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中化合物(a)中所含的通式(1)所表示的基及通式(2)所表示 的基全部為三級胺結構。
  5. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中化合物(a)中，為如下結構：於碳-碳雙鍵或一個共軛系直接鍵結的通式(1)所表示的基的至少一個中，R1及R2選自由烷基及環烷基所組成的群組中。
  6. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中所述聚合物為含有碳原子及雜原子的聚合物。
  7. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中所述聚合物為具有酯鍵的聚合物。
  8. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中所述聚合物的吸水率為0.5重量%以下。
  9. 如請求項1或請求項2所述的n型半導體元件，其中所述奈米碳為碳奈米管。
  10. 如請求項9所述的n型半導體元件，其中於所述碳奈米管中於其表面的至少一部分附著有共軛系聚合體。
  11. 一種n型半導體元件的製造方法，製造如請求項1至請求項10中任一項所述的n型半導體元件，所述n型半導體元件的製造方法包括形成第二絕緣層的步驟，所述步驟包括塗佈組成物的步驟及對經塗佈的所述組成物進行乾燥的步驟，所述組成物含有化合物(a)及聚合物以及溶劑，或者含有聚合物以及溶劑，所述聚合物於其分子結構中包含自化合物(a)的R1、R2、R3或R4中去除氫原子的一部分後的剩餘的 基或自化合物(a)的碳-碳雙鍵或共軛系中去除氫原子的一部分後的剩餘的基。
  12. 一種n型半導體元件的製造方法，製造如請求項1至請求項10中任一項所述的n型半導體元件，所述n型半導體元件的製造方法包括形成半導體層的步驟，所述步驟包括塗佈含有奈米碳及溶劑的溶液的步驟及之後對經塗佈的所述溶液進行乾燥的步驟。
  13. 一種無線通訊裝置，至少具有如請求項1至請求項10中任一項所述的n型半導體元件、與天線。
  14. 一種商品標籤，使用如請求項13所述的無線通訊裝置。
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