(57)【要約】【課題】希土類鉄酸化物を用いた電子素子で、より低温下で製造可能とした電子素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１の半導体層と第２の半導体層とを接合させて形成したＰＮ接合を備えた電子素子及びその製造方法において、第１の半導体層を希土類鉄酸化物で形成した多結晶半導体層とし、第２の半導体層を有機材料で形成した有機半導体層とする。さらに、第１の半導体層は、粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布して形成していることにも特徴を有する。【選択図】図２
2011040659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層と第２の半導体層とを接合させて形成したＰＮ接合を備えた電子素子において、
前記第１の半導体層を、希土類鉄酸化物で形成した多結晶半導体層とし、
前記第２の半導体層を、有機材料で形成した有機半導体層とした電子素子。
【請求項２】
前記第１の半導体層は、粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布して形成している請求項１に記載の電子素子。
【請求項３】
第１の半導体層と第２の半導体層とを接合させて形成したＰＮ接合を備えた電子素子の製造方法において、
前記第１の半導体層として、希土類鉄酸化物により多結晶半導体層を形成する第１の半導体層形成工程と、
前記第２の半導体層として、有機材料により有機半導体層を形成する第２の半導体層形成工程と
を有する電子素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の半導体層形成工程では、
粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布している請求項３に記載の電子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子及びその製造方法に関するものであり、特に、少なくとも一方の半導体層を希土類鉄酸化物で形成しているＰＮ接合を備えた電子素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にＰＮ接合を形成する場合には、シリコンやガリウムヒ素などの半導体材料、あるいは2-(4-tert-ブチルファエニル)-5-(4-ビフェニリ)-1,3,4-オキサジアゾールなどの有機半導体材料が用いられている。
【０００３】
本発明者らは、三角格子となる希土類鉄酸化物の研究を行っており、これらの希土類鉄酸化物では、微小な電場を印加することにより内部の電子状態が変化して、電気伝導度が変化することが知られており、この特性を利用することにより既存の電子素子よりも高特性の電子素子が提供できるものと考えている。
【０００４】
そして、具体的に光センサや太陽電池として使用する形態や（例えば、特許文献１参照。）、トランジスタ素子やメモリ素子として使用する形態（例えば、特許文献２参照。）についての提案を行った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０２８４２４号
【特許文献２】国際公開第２００９／０２８４２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、希土類鉄酸化物は高温条件下において鉄イオンあるいは酸素イオンの欠損が生じやすく、この鉄イオンあるいは酸素イオンの欠損によって希土類鉄酸化物が有していた特性が消失することとなって、所望の電子素子を効率よく形成することが困難となっていた。
【０００７】
本発明者らはこのような現状に鑑み、より低温下で電子素子を製造可能とすべく研究開発を行うことにより、有機半導体と組み合わせて利用することにより効果的にＰＮ接合が形成できることを知見し、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子素子では、第１の半導体層を希土類鉄酸化物で形成した多結晶半導体層とし、第２の半導体層を有機材料で形成した有機半導体層とした。さらに、第１の半導体層は、粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布して形成していることにも特徴を有するものである。
【０００９】
また、本発明の電子素子の製造方法では、第１の半導体層として希土類鉄酸化物により多結晶半導体層を形成する第１の半導体層形成工程と、第２の半導体層として有機材料により有機半導体層を形成する第２の半導体層形成工程とを有することとした。さらに、第１の半導体層形成工程では、粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布していることにも特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、希土類鉄酸化物で形成した多結晶半導体層からなる第１の半導体層と、有機材料で形成した有機半導体層からなる第２の半導体層とでＰＮ接合を形成することにより、第１の半導体層の希土類鉄酸化物において鉄イオンあるいは酸素イオンの欠損が生じることを防止でき、所望の特性を有する電子素子を効果的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の電子素子の概略断面図である。
【図２】電流電圧計測結果のグラフである。
【図３】電流電圧計測結果のグラフである。
【図４】実施例２の電子素子の概略断面図である。
【図５】電流電圧計測結果のグラフである。
【図６】実施例３の電子素子の概略断面図である。
【図７】電流電圧計測結果のグラフである。
【図８】電流電圧計測結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、ＰＮ接合を備えた電子素子及びその製造方法において、ＰＮ接合を構成する第１の半導体層を希土類鉄酸化物で形成した多結晶半導体層とする一方、ＰＮ接合を構成する第２の半導体層を有機材料で形成した有機半導体層としているものである。
【００１３】
ここで、希土類鉄酸化物とは、Ｒを、In,Sc,Y,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Ti,Ca,Sr,Ce,Sn,Hfから選ばれる少なくとも１種類の元素とし、ｎを１以上の整数、ｍを０以上の整数、δを０以上0.2以下の実数として、(RFeO３−δ)n(FeO)mとして表される層状三角格子構造を有する酸化物である。
【００１４】
なお、鉄(Fe)の代わりに、Ti,Mn,Co,Cu,Ga,Zn,Al,Mg,Cdを用いた酸化物とすることも可能ではあるが、今のところ希土類鉄酸化物が最も効果的であるように思われる。
【００１５】
このような希土類鉄酸化物は、酸素が存在する高温条件下で鉄の欠損が生じやすく、高い酸素還元状態とするか、あるいは鉄の欠損が生じない程度の低温状態としなければ所望の加工が行えないため、バルクとして使用する以外に電子素子としては利用できなかったが、この希土類鉄酸化物に比較的低温で形成できる有機半導体層を接合することにより、ＰＮ接合が形成できることを本発明者らは知見した。
【００１６】
さらには、この場合、希土類鉄酸化物は多結晶状態でもよく、粉末状とした希土類鉄酸化物を吹き付けて、または粉末状とした希土類鉄酸化物を所定の溶液に混合して生成した希土類鉄酸化物溶液を塗布して多結晶半導体層を形成し、この多結晶半導体層に接合させて有機半導体層を形成することにより、ＰＮ接合を極めて簡便に形成可能とすることができる。
【００１７】
以下において、具体的な実施例を詳説する。なお、本実施例では、希土類鉄酸化物としてはYbFe2O4を用い、これを粉末化している。また、以下においては、電子素子は太陽電池としているが、太陽電池に限定される物ではなく、ＰＮ接合を備えた電子素子に適用できる。
【実施例１】
【００１８】
本実施例の電子素子では、図１に示すように、ガラス基板11上に、ＩＴＯ膜で形成した第１電極層12と、YbFe2O4で形成した第１半導体層13と、C60フラーレンで形成した第２半導体層14と、アルミニウムで形成した第２電極層15とを順次積層して形成した。
【００１９】
本実施例では、ガラス基板11の上面にＩＴＯ膜があらかじめ蒸着されたものを使用しており、このＩＴＯ膜を第１電極層12としている。
【００２０】
第１半導体層13は、第１電極層12の上面にエアロゾルデポジション法によって粉末状のYbFe2O4を吹き付けて形成しており、薄膜の多結晶半導体層としている。
【００２１】
第２半導体層14は、第１半導体層13の上面に、C60フラーレンを真空蒸着させて形成した。
【００２２】
第２電極層15は、第２半導体層14の上面にアルミニウムを真空蒸着させて形成した。
【００２３】
このようにして形成した電子素子の電流電圧計測を行ったところ、図２に示すように整流特性を示し、ＰＮ接合が形成されていることがわかる。また、ガラス基板11側からの光照射の有無によってＰＮ接合の特性が逆方向に変化することが確認された。
【００２４】
本実施例では、第１半導体層13がいわゆるＰ型半導体となっており、第２半導体層14がいわゆるＮ型半導体となっているものと思われるが、第１半導体層13がＮ型半導体、第２半導体層14がＰ型半導体となっていてもよい。
【００２５】
さらに、第２半導体層14と第２電極15との間に有機緩衝層としてBathocuproine(BCP)を設けた場合には、図３に示すように、有機緩衝層を設けない場合と比較して整流特性が改善した。有機緩衝層も真空蒸着によって形成した。
【実施例２】
【００２６】
本実施例の電子素子では、図４に示すように、ガラス基板21上に、ＩＴＯ膜で形成した第１電極層22と、PEDOT−PSS（Poly(3,4-Ethylene Di Oxy Thiophene)−Poly(4-Styrene Sulfonic acid)）で形成した中間導電層23と、YbFe2O4で形成した第１半導体層24と、C60フラーレンで形成した第２半導体層25と、アルミニウムで形成した第２電極層26とを順次積層して形成した。
【００２７】
本実施例でも、ガラス基板21の上面にＩＴＯ膜があらかじめ蒸着されたものを使用しており、このＩＴＯ膜を第１電極層22としている。
【００２８】
中間導電層23は、第１電極層22の上面にPEDOT−PSSの混合溶液をスピンコートによって塗布して形成した。
【００２９】
第１半導体層24は、クロロベンゼン(CB溶液)に粉末状としたYbFe2O4を混合して分散させることによりYbFe2O4溶液を生成し、このYbFe2O4溶液を中間導電層23の上面に塗布して加熱乾燥することにより形成しており、薄膜の多結晶半導体層としている。
【００３０】
第２半導体層25は、第１半導体層24の上面に、C60フラーレンを真空蒸着させて形成した。
【００３１】
第２電極層26は、第２半導体層25の上面にアルミニウムを真空蒸着させて形成した。
【００３２】
このようにして形成した電子素子の電流電圧計測を行ったところ、図５に示すように整流特性を示し、ＰＮ接合が形成されていることがわかる。また、ガラス基板21側からの光照射の有無によってＰＮ接合の特性が逆方向に変化することが確認された。
【００３３】
本実施例でも、第１半導体層13がいわゆるＰ型半導体となっており、第２半導体層14がいわゆるＮ型半導体となっているものと思われるが、第１半導体層13がＮ型半導体、第２半導体層14がＰ型半導体となっていてもよい。
【実施例３】
【００３４】
本実施例の電子素子では、図６に示すように、ガラス基板31上に、ＩＴＯ膜で形成した第１電極層32と、PEDOT−PSSで形成した中間導電層33と、YbFe2O4で形成した第１半導体層34と、PCBMフラーレン(Phenyl C61 Butyric acid Methyl ester)で形成した第２半導体層35と、酸化チタンで形成した補助電極層36と、アルミニウムで形成した第２電極層37とを順次積層して形成した。
【００３５】
本実施例でも、ガラス基板31の上面にＩＴＯ膜があらかじめ蒸着されたものを使用しており、このＩＴＯ膜を第１電極層32としている。
【００３６】
中間導電層33は、第１電極層32の上面にPEDOT−PSSの混合溶液をスピンコートによって塗布して形成した。
【００３７】
第１半導体層34は、CB溶液に粉末状としたYbFe2O4を混合して分散させることによりYbFe2O4溶液を生成し、このYbFe2O4溶液を中間導電層33の上面に塗布して加熱乾燥することにより形成しており、薄膜の多結晶半導体層としている。
【００３８】
第２半導体層35は、第１半導体層34の上面に、PCBMフラーレンをスピンコートによって塗布し、アニールして形成した。
【００３９】
補助電極層36は、正電荷素子層として第２半導体層35と第２電極層37の間に設けており、第２半導体層35の上面に酸化チタン(TiOx)膜をスピンコート法によって形成した。
【００４０】
第２電極層37は、補助電極層36の上面にアルミニウムを真空蒸着させて形成した。
【００４１】
このようにして形成した電子素子の電流電圧計測を行ったところ、図７に示すように整流特性を示し、ＰＮ接合が形成されていることがわかる。また、ガラス基板31側からの光照射の有無によってＰＮ接合の特性が逆方向に変化することが確認された。
【００４２】
本実施例でも、第１半導体層13がいわゆるＰ型半導体となっており、第２半導体層14がいわゆるＮ型半導体となっているものと思われるが、第１半導体層13がＮ型半導体、第２半導体層14がＰ型半導体となっていてもよい。
【００４３】
また、本実施例では、第１半導体層34と第２半導体層35をそれぞれ形成しているが、第１半導体層34と第２半導体層35を一体化させることもできる。
【００４４】
すなわち、中間導電層33の形成後、CB溶液に、PCBMフラーレンと、P3HT(Poly(3-Hexyl Thiophene)と、粉末状としたYbFe2O4を混合して分散させることにより混合溶液を生成し、この混合溶液を中間導電層33の上面に塗布して加熱乾燥することにより形成して一体化するものである。
【００４５】
そして、このようにして形成された層の上面に、補助電極層36と第２電極層37を順次形成した電子素子の電流電圧計測を行ったところ、図８に示すように整流特性を示し、ＰＮ接合が形成されていることがわかる。
【符号の説明】
【００４６】
11,21,31  ガラス基板
12,22,32  第１電極層
13,24,34  第１半導体層
14,25,35  第２半導体層
15,26,37  第２電極層
23,33  中間導電層
36  補助電極層
【図１】
2011040659.tif 000003
【図２】
2011040659.tif 000004
【図４】
2011040659.tif 000005
【図５】
2011040659.tif 000006
【図６】
2011040659.tif 000007
【図８】
2011040659.tif 000008
【図３】
2011040659.tif 000009
【図７】
2011040659.tif 000010