(57)【要約】【課題】  小型化および薄板化が容易で、かつ過酷な環境に曝露あるいは保存した場合においても優れた動作信頼性を有する半導体素子等を提供する。【解決手段】  基板１１と、基板１１上に形成された第１電極１２、半導体層１３、第２電極１４が順次積層した構成とし、半導体層１３は、半導体粒子１５とカップリング剤を含む結着樹脂１６から構成されている。半導体粒子１５は、その先端部１５ａが第１電極１２および第２電極１４に接触あるいは侵入し、いずれか一方がショットキー接合を形成している。結着樹脂１６がカップリング剤により結着樹脂１６の分子同士が強固に結合されているので高温環境下における機械特性が向上し、電気特性の安定性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層と、
前記半導体層を挟む第１の電極および第２の電極と、からなる半導体素子であって、
前記結着樹脂にカップリング剤が添加されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記半導体層と第１の電極および第２の電極との各々の界面において、前記半導体粒子の先端部が第１の電極または第２の電極に侵入してなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
【請求項３】
前記結着樹脂はホットメルト接着剤または紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子。
【請求項４】
一方の面に第１の導電膜が形成された第１の基板と、
一方の面に第２の導電膜が形成され、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが対向するように配置された第２の基板と、
前記第１の導電膜に電圧を印加する電源と、
前記第１の基板または第２の基板が加圧された際に、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが接触する位置の電位を検出する検出手段と、
前記第１の導電膜と電源との間にあって、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の半導体素子を用いて、前記第１の導電膜中に流れる電流を整流する整流手段と、を備える座標入力装置。
【請求項５】
半導体粒子を結着樹脂に分散させて混合物を形成する工程と、
前記混合物からシート状成型物を形成する工程と、
前記シート状成型物の両面に電極を形成する工程と、
前記シート状成型物に含まれるカップリング剤を反応させる加熱処理を行う工程と、を備える半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子、半導体素子の製造方法、および座標入力装置に係り、特に半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層を備えた半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型情報機器の普及・進展に伴い、電子手帳やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）を中心に、携帯電話、ＰＨＳ、電卓、時計、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、全地球位置情報システム）、銀行ＡＴＭシステム、自動販売機、ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ  Ｏｆ  Ｓａｌｅｓ）システムなど、データ入力において画面上をペンないし指で触ることにより情報を入力することができるタッチパネルが採用され、優れたマン‐マシンインターフェース性能の故、多方面への応用が広がっている。特に、携帯電話やＰＤＡ、ノートパソコンなどの携帯情報端末機における小型化は、半導体素子や電子回路形成技術の進歩により著しく、これらの入力デバイスまたは表示デバイスの端末機本体に占める体積的割合が大きくなってきている。
【０００３】
タッチパネルは、画面の形状をした例えば長方形の２枚の樹脂シートの表面にそれぞれ導電膜と抵抗体膜が対向するように設けられ、互いに空間を介して積層された構造を有している。例えば抵抗体膜のペンなどにより樹脂シートをタッチすることにより、導電膜と抵抗体膜が接触し、接触した箇所に対応した電圧が出力されるようになっている。電圧は例えば線形性を有して分布しており、画面上の座標と電圧が対応するようになっている。
【０００４】
かかる電圧分布を形成するために、抵抗体膜の四辺に点電極あるいは整流素子を配置する。加圧した箇所の座標位置を高精度に検出するためには、対向する２辺間で一方の辺からの距離に応じて電圧が線形性を有し、かつその２辺の方向と直交する方向についてはほぼ一定である電圧分布を形成することが必要であり、小型化、薄膜化を図った整流素子を高密度に配置することが必要である。
【０００５】
整流素子の小型化および薄膜化を図るものとして、半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層とそれを挟む電極から構成された整流素子が提案されている（例えば、特許文献２および３参照。）。これらの整流素子は、小型化および薄膜化が可能で印刷法のように簡便な方法でパターニングして形成され、樹脂シートにさほど熱的ダメージ等を与えることがないという特徴を有している。
【特許文献１】特開平６−１８７０８３号公報
【特許文献２】特表２００２−５０８８４９号公報（第１６〜１８頁、図３Ｂ）
【特許文献３】特開２００２−１００７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、タッチパネルが用いられる上述したように携帯電話機のような携帯端末機は様々な環境、例えば高温高湿環境や低温乾燥環境に曝されることが多く、さらにその環境変化も劇的に変化する場合がある。上述した半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層は、特に高温で結着樹脂の軟化を生じやすく半導体粒子と電極との接触不良が発生し、電気特性が劣化するという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化および薄板化が容易で、かつ高温高湿環境に曝露あるいは保存した場合においても優れた動作信頼性を有する半導体素子、半導体素子の製造方法、および座標入力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層と、前記半導体層を挟む第１の電極および第２の電極と、からなる半導体素子であって、前記結着樹脂にカップリング剤が添加されていることを特徴とする半導体素子が提供される。
【０００９】
本発明によれば、半導体粒子を固定する結着樹脂の分子同士がカップリン剤により強固に結合されているので、高温環境下において軟化することがなく半導体粒子と第１の電極および第２の電極との接触状態が安定しショットキー接合あるいはオーミック接合の状態が良好に保たれる。その結果、電流−電圧特性等の電気特性の安定性が向上し、信頼性に優れる半導体素子を実現することができる。
【００１０】
上記半導体層と第１の電極および第２の電極との各々の界面において、前記半導体粒子の先端部が第１の電極または第２の電極に侵入してもよい。半導体粒子の先端部が第１の電極あるいは第２の電極に侵入することにより接触状態が一層安定し、導通時の電流量を増加することができる。
【００１１】
また、上記結着樹脂はホットメルト接着剤または紫外線硬化樹脂であってもよい。ホットメルト接着剤または紫外線硬化樹脂は水や有機溶媒などの溶剤を使用する必要がなく、加工がし易いので、半導体素子が均一に分散した状態で容易に薄膜化することができる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、一方の面に第１の導電膜が形成された第１の基板と、一方の面に第２の導電膜が形成され、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが対向するように配置された第２の基板と、前記第１の導電膜に電圧を印加する電源と、前記第１の基板または第２の基板が加圧された際に、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが接触する位置の電位を検出する検出手段と、前記第１の導電膜と電源との間にあって、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の半導体素子を用いて、前記第１の導電膜中に流れる電流を整流する整流手段と、を備える座標入力装置が提供される。
【００１３】
本発明によれば、半導体素子が高温等の過酷な環境下においても軟化や変形を生ぜず、耐環境性に優れているので信頼性の高い座標入力装置を実現できる。
【００１４】
本発明のその他の観点によれば、半導体粒子を結着樹脂に分散させて混合物を形成する工程と、前記混合物からシート状成型物を形成する工程と、前記シート状成型物の両面に電極を形成する工程と、前記シート状成型物に含まれるカップリング剤を反応させる加熱処理を行う工程と、を備える半導体素子の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明によれば、カップリング剤を反応させる加熱処理を行う前に、結着樹脂が流動性を有する状態でシート状に成型加工するので薄膜化が容易であり、最後に結着樹脂をカップリング剤により結着樹脂の分子同士を強固に結合させることにより、製造容易性と半導体素子の高温環境での信頼性の確保を両立することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体粒子を固定する結着樹脂の分子同士がカップリン剤により強固に結合されているので、高温高湿環境に曝露あるいは保存した場合においても優れた動作信頼性を有する半導体素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す半導体素子の拡大した要部断面図である。
【００１９】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照するに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第１電極１２、半導体層１３、第２電極１４が順次積層した構成となっている。半導体層１３は、半導体粒子１５とカップリング剤を含む結着樹脂１６から構成されている。半導体粒子１５は、その先端部１５ａが第１電極１２および第２電極１４に接触あるいは侵入している。本実施の形態の半導体素子１０は、第１電極１２または第２電極１４のいずれかの電極が半導体素子１０とショットキー接合を形成し、他方の電極がオーミック接合を形成しているので、第１電極１２と第２電極１４との間に印加された電圧の方向により、第１電極１２と第２電極１４との間の通電状態が変化する。すなわち第１電極１２と第２電極１４との間で電流が通電あるいは遮断される。さらに、結着樹脂１６がカップリング剤により結着樹脂１６の分子鎖同士の結合が補強されているので高温環境下等における粘弾性率等の機械特性が向上している。以下、具体的に半導体素子１０について説明する。
【００２０】
基板１１は、ガラス基板、半導体基板、セラミックス基板、あるいは絶縁性の樹脂基板等、特に限定されない。樹脂基板としては、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタンなどを用いることができる。基板１１はあってもよくなくてもよい。
【００２１】
第１電極１２および第２電極１４は、無機および有機金属ならびに金属化合物、酸化金属化合物などの材料を用いることができ、例えば、真空蒸着法やスパッタ法などのドライプロセスを用いてもよく、スクリーン法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ダイコート法、ロールコート法などの塗布法を用いてもよい。塗布法を用いる場合は、電極材料として、導電微粒子を溶媒に分散させた金ペースト、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペーストなどや、導電粒子とバインダーを混練・分散させた塗料等を用いることが好ましい。
【００２２】
第１電極１２あるいは第２電極１４がｎ型導電型の半導体粒子１５とショットキー接合を形成する電極材料としては、電極材料の仕事関数（真空準位からフェルミ準位までのエネルギー差）が半導体粒子１５の電子親和力よりも大きい電極材料が好ましく、例えば、半導体粒子１５がＳｉ（電子親和力４．０１ｅＶ）からなる場合は、金、白金、イリジウム、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、銅、銀、クロム、およびこれらの合金などが好ましい。
【００２３】
また、第１電極１２あるいは第２電極１４がｎ型導電型の半導体粒子１５とオーミック接合を形成する電極材料としては、電極材料の仕事関数（真空準位からフェルミ準位までのエネルギー差）が半導体粒子１５の電子親和力よりも小さい電極材料が好ましく、例えば、半導体粒子１５がＳｉからなる場合は、リチウム、ベリリウム、マグネシウム、鉛、チタン、およびこれらの合金が好ましい。
【００２４】
また、半導体粒子１５の導電型がｐ型の場合は、ｎ型導電型の場合と電極材料の仕事関数と半導体粒子の電子親和力との関係を逆にすればよい。すなわち、ｐ型導電型の半導体粒子１５とショットキー接合を形成する電極材料としては、電極材料の仕事関数が半導体粒子１５の電子親和力よりも小さい電極材料が好ましく、ｐ型導電型の半導体粒子１５とオーミック接合を形成する電極材料としては、電極材料の仕事関数が半導体粒子１５の電子親和力よりも大きい電極材料が好ましい。
【００２５】
半導体層１３は、上述したように半導体粒子１５とカップリング剤を含む結着樹脂１６から構成される。半導体粒子１５は、例えば、導電性不純物をドープしたＳｉ材やＧｅ材などの半導体材料を粉砕した粉末を用いることができ、比抵抗は、好ましくは１００Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは５Ω・ｃｍ〜１５Ω・ｃｍの範囲に設定される。半導体粒子１５の平均粒径は１〜５００μｍの範囲に設定され、半導体粒子１５同士の接触による接触抵抗の点で１０〜１５０μｍであることが好ましい。
【００２６】
半導体粒子１５のアスペクト比（長手方向長さ／幅方向長さ）は１〜１０の範囲に設定される。図１（Ｂ）に示すように、半導体粒子１５の長手方向の両端すなわち先端部１５ａが第１電極１２および第２電極１４に侵入して接触を確実とする点でアスペクト比は３〜１０であることが好ましい。また、半導体粒子１５は半導体層１３の厚さ方向に半導体粒子１５の長手方向がほぼ平行になるように配列することが好ましい。これにより、先端部１５ａが第１電極１２および第２電極１４に侵入して接触を一層確実とし、それと共に半導体素子の導通に寄与する半導体粒子密度を増加して、導通時の電流量を増加することができる。
【００２７】
なお、本明細書における平均粒径は、ＪＩＳ  Ｋ００６９−１９９２に準拠した方法を用いて、ふるい残分から求めた粒子径分布の積算百分率が５０％になるふるいの目開きの数値を平均粒径とした。
【００２８】
結着樹脂１６としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、特にホットメルト接着剤および紫外線硬化樹脂が好ましい。溶剤を用いる必要がないので、半導体層１３をシート状に成型後の乾燥が容易であり、半導体層１３の硬度ムラ等の機械特性の不均一性を回避することができる。
【００２９】
結着樹脂１６として用いられるホットメルト接着剤は、熱可塑性ベースポリマー、粘度調整剤、粘度付与成分からなる。熱可塑性ベースポリマーとしては、アクリル系、メタクリル系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール系、ポリアセタール系、ポリビニルブチラール、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、エチレン−酢酸ビニル系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、スチレン−エラストマー系、熱可塑性ゴム、ブチルゴム、ポリウレタン、エポキシ、ポリカーボネート、ポリビニルエーテル、ポリブタジエン、セルロース系等の樹脂が挙げられる。好ましくは耐熱性、非溶剤性に優れる点で、スチレン-イソプレン系ブロック共重合体や、スチレン-ブタジエン系ブロック共重合体などのスチレン−ジエン系ブロック共重合体、エチレンプロピレン系ラバーやブチル系ラバー等のブロックコポリマーが好ましく、特にＳＥＢＳ（スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン）系ブロック共重合体およびＳＥＰＳ（スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン）系ブロック共重合体がより好ましい。
【００３０】
ホットメルト接着剤に添加する粘度調整剤としては、加熱溶融時の流動性・非粘着性を増大させ、かつ室温における凝集力を向上させる点でワックスを添加することが好ましい。このようなワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレンおよび非晶性ポリアルファオレフィン等が挙げられ、半導体粒子１５の導電性を維持したまま結着可能な樹脂であれば、なんらこれらに限定されるものではない。ホットメルト接着剤に添加する粘度付与成分はロジン誘導体等を用いることができ、添加しなくてもよい。
【００３１】
結着樹脂１６として用いられる紫外線硬化樹脂は、紫外線硬化粘接着剤の光重合性成分として用いるモノマーとしては、ベンジル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、ＥＣＨ変性ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、２，３−ジブロモプロピル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニロキシエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、２−エトキシエチルメタクリレート、２（２−エトキシエトキシ）エチルアクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、グリセロールメタクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、オクチルアクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、テトラクロロプロピル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチルグリコール（メタ）アクリレート、ジエチレングリコール（メタ）アクリレート、グリセロール（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオール（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、亜鉛ジアクリレート、亜鉛ジメタクリレートが挙げられる。
【００３２】
紫外線硬化樹脂を硬化させるための光重合開始剤としては、クロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノン、ベンゾフェノン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール、メチル−０−ベンゾイルベンゾエート、チオキサントン、アシルホスフィンオキサイド、グリオキシエステル、３−ケトクマリン、２−エチルアントラキノン、カンファーキノン、ベンジル、ミヒラーズケトン等を用いることができ、単独で用いてもよく２種以上を混合して用いてもよい。
【００３３】
カップリング剤は上述した結着樹脂１６の補強剤として添加される。カップリング剤が結着樹脂１６と架橋反応を生じ、共有結合等を形成して高温高湿下の環境での安定性を高める。さらに、カップリング剤は半導体粒子と結着樹脂の分子とに架橋して結合力を高めて半導体粒子を固定し、また、第１電極１２および第２電極１４と半導体層１３との接着強度を向上し、半導体素子１０の長期信頼性も向上する。
【００３４】
カップリング剤としては、クロム錯体、チタン酸塩などを用いることができるが、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤としては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。ホットメルト樹脂にアクリル系を用いる場合は、カップリング剤は、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシランを用いることが好ましい。上述した結着樹脂１６と反応性を示すものであればこれに限定されるものではない。
【００３５】
本実施の形態の半導体素子１０は、半導体粒子１５を固定する熱可塑性の結着樹脂１６がその分子同士がカップリン剤により強固に結合されているので、高温環境下において軟化することがなく半導体粒子１５と第１電極１２および第２電極１４との接触が安定し、ショットキー接合あるいはオーミック接合の状態が良好に保たれる。その結果、電流−電圧特性等の電気特性の安定性が優れている。
【００３６】
結着樹脂１６がホットメルト接着剤の場合は、熱可塑性ベースポリマーの分子が非晶質状態であるので、後述する製造工程では加熱することにより加工し易いという特徴を有する。その反面、高温環境下で軟化および流動化し易く、そのままでは半導体素子１０の信頼性が低下するが、本実施の形態の半導体素子１０は非晶質状態の分子同士をカップリング剤により強固に結合することにより電気特性が安定化されている。
【００３７】
本実施の形態の半導体素子１０は、半導体粒子１５のアスペクト比を特に１〜１０（好ましくは３〜１０）の範囲に設定することで、半導体粒子１５の先端部１５ａが第１電極１２および第２電極１４に侵入する半導体粒子１５の割合が増加し、良好なオーミックあるいはショットキー接合が形成されると共に半導体素子１０の単位電極面積当たりの最大電流量を増加することができる。
【００３８】
次に第１の実施の形態に係る半導体素子の製造方法について図２を参照しつつ説明する。
【００３９】
図２は、第１の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、半導体材料、例えばｎ型の不純物をドープしたＳｉ基板を粉砕した半導体粒子と、ホットメルト接着剤の粉体を混合・撹拌し、均一化する（Ｓ１０２）。ホットメルト接着剤の粉体の平均粒径は、次工程で固形物を形成した場合の均一分散性の点で、半導体粒子の平均粒径よりも小さい方が好ましい。
【００４１】
このようにして得た混合粉体を一軸加圧成型機を用いて、ホットメルト接着剤の軟化点以上の温度に加熱すると共に加圧して、ペレット状の固形物を形成し、さらに固形物を熱圧延して膜厚３０μｍ〜１５０μｍの半導体粒子含有シート（図１の半導体層１３に相当する。）を形成する（Ｓ１０４）。半導体粒子含有シートは、半導体粒子の平均粒径を基準として、後の工程の熱圧着において半導体粒子と第１電極および第２電極との良好な接触を形成する点で、５０％〜１５０％の膜厚とすることが好ましく、さらには１００％〜１２０％とすることが好ましい。なお、チップ状の半導体素子を形成する場合は、所望の形状に切断あるいは加熱しながら切断してもよい。
【００４２】
次いで、半導体粒子含有シートを、上述したカップリング剤を０．２ｗｔ％〜３ｗｔ％濃度の溶液に浸し、カップリング剤を半導体粒子含有シートに含浸し、さらに乾燥する（Ｓ１０６）。ここで、カップリング剤を溶解するための溶媒は、半導体粒子含有シートを膨潤させる溶媒を用いる。このような溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、キシレン等が好ましい。なお、半導体粒子含有シート全体が膨潤する程度にカップリング剤溶液を半導体粒子含有シート表面に塗布してもよい。
【００４３】
次いで、導電性粒子を分散させたペーストあるいは樹脂溶液を塗布・乾燥して第１電極および第２電極を形成する（Ｓ１０８）。第１電極および第２電極の導電性粒子材料は、上述したように一方が半導体素子とショットキー接合を形成し、他方がオーミック接合を形成する材料を選択する。第１電極および第２電極は整流素子を形成する位置に直接塗布あるいは印刷法により形成してもよく、工程基板等に形成した後剥離したものでもよい。
【００４４】
次いで、溶媒を除去した半導体粒子含有シートを第１電極および第２電極で挟み、一軸加圧成型機を用い熱圧着し半導体素子が形成される（Ｓ１１０）。ここで、加熱温度は、半導体粒子含有シートのホットメルト接着剤の軟化点温度よりも高く、かつカップリング剤の反応開始温度以上の温度に設定する。また、印加する圧力は、例えば１ＭＰａ程度に設定する。加熱および加圧することでホットメルト接着剤が軟化し、半導体粒子が第１電極および第２電極に侵入し、半導体粒子／第１電極間、および半導体粒子／第２電極間の良好な接合が形成される。さらに、カップリング剤が加熱により解離し、ホットメルト接着剤を形成する分子と反応してホットメルト接着剤を硬化する。その結果、熱可塑性が消失あるいは軟化点が上昇し軟化し難くなる。
【００４５】
本実施の形態の製造方法では、結着樹脂にホットメルト接着剤を用いることにより、熱圧着の際に、膜厚方向に加圧されると加熱により軟化したホットメルト接着剤が横方向に広がり、半導体粒子がホットメルト接着剤から露出し易くなる。したがって、露出した半導体粒子の先端部が第１電極および第２電極に侵入し易くなり、半導体粒子と第１電極および第２電極との良好な接触状態が形成される。
【００４６】
さらに加熱温度が上昇することによりカップリング剤が解離・反応しホットメルトが固化する。したがって、熱圧着することにより、半導体粒子含有シートと第１電極および第２電極との圧着工程とカップリング剤の反応工程とを同時に行うことができる。
【００４７】
また、結着樹脂にホットメルト接着剤を用いることにより、ホットメルト接着剤の非溶剤性の点から、ホットメルト接着剤の粉末と半導体粒子との混合分散が容易である。
【００４８】
なお、上記Ｓ１０４において、一軸加圧成型機を用いてペレット状の固形物を形成したが、押出成型機を用いて厚膜のシート状に成型してもよく、さらには、アプリケータを用いて工程基板上や、第１電極を形成した上に直接塗布してもよい。
【００４９】
また、半導体粒子含有シートと接触する第１電極および第２電極の表面に予め上記カップリング剤溶液を塗布してもよい。半導体粒子含有シートと第１電極および第２電極との密着性が向上する。
【００５０】
上記製造工程では、半導体粒子含有シートにカップリング剤溶液を含浸させたが、その代わりにＳ１０２においてカップリング剤により表面処理したホットメルト接着剤の粉末を用いてもよい。この際、カップリング反応の一様性および均質性の点でホットメルト接着剤の粉末の平均粒径は１０μｍ〜３０μｍの範囲が好ましく、表面処理の際のカップリング剤濃度は０．５ｗｔ％〜３ｗｔ％の範囲に設定することが好ましい。さらに半導体粒子をホットメルト接着剤の粉末と同様にカップリング剤により表面処理してもよい。
【００５１】
図３は、第１の実施の形態に係る半導体素子の製造工程の他の例を示すフローチャートである。図３を参照しつつ製造工程を説明する。
【００５２】
まず、半導体材料、例えばｎ型の不純物をドープしたＳｉ基板を粉砕した半導体粒子粉末と、紫外線硬化樹脂のモノマーあるいはオリゴマーと、光重合開始剤と、上述したカップリング剤を混練し混練物を得る（Ｓ１２２）。紫外線硬化樹脂のモノマーあるいはオリゴマーは、後の工程における塗布法に適切な粘度等を考慮して適宜選択される。カップリング剤は例えば上述したシランカップリング剤から適宜選択される。
【００５３】
次いで、ガラス基板などの基板上に例えば膜厚３０μｍの第１電極をスクリーン法などの印刷法等により選択的に形成する（Ｓ１２４）。第１電極の材料は上述した導電性粒子を分散させたペーストあるいは樹脂溶液などを用いてもよく、真空蒸着法やスパッタ法などの真空プロセスを用いてもよい。
【００５４】
次いで、第１電極上に例えばスクリーン法を用いて上記混練物を塗布し半導体層を形成する（Ｓ１２６）。半導体層の膜厚は、図２のＳ１０４の半導体粒子含有シートの膜厚と同様の範囲に設定される。
【００５５】
次いで、半導体層に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる（Ｓ１２８）。紫外線照射は、高圧水銀ランプ等の光源を用いた公知の紫外線照射装置を用いることができる。
【００５６】
次いで、半導体層上に第２電極を第１電極と同様の方法で形成する（Ｓ１３０）。
【００５７】
次いで、一軸加圧成型機等により基板／第１電極／半導体層／第２電極を加圧すると共に加熱してそれぞれの層を接着する（Ｓ１３２）。加熱温度および印加する圧力は、図２のＳ１０８の工程とほぼ同様の範囲に設定する。
【００５８】
本実施の形態の製造方法では、半導体層をスクリーン法によりパターニングして形成するので半導体素子を形成する電子装置や電子基板に直接形成することができる。したがって、製造コストの低減が容易となる。
【００５９】
また、予めカップリング剤を半導体層となる混練物に添加しているので、後の工程でカップリング剤を含浸する工程を省略することができ、工程を簡略化することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態の製造方法では、カップリング剤を半導体層となる混練物に添加したが、紫外線照射後に塗布法によりカップリング剤溶液を塗布してもよい。
【００６１】
次に本実施の形態に係る実施例１〜４と本発明によらない比較例について説明する。
【００６２】
［実施例１］
平均粒径５０μmに粉砕した比抵抗が７．５〜１２．５Ω・ｃｍのｎ型Ｓｉ粉末２５重量部と、平均粒径４５μm以下に粉砕したポリエステル系ホットメルト樹脂（倉敷紡績社製商品名クランベター、ＪＩＳ  Ｋ６８６３−１９９４に準拠したボール＆リング測定による軟化温度４０℃）１００重量部を遊星型ミルを用いて撹拌し混合物を得た。
【００６３】
このようにして得られた混合物を０．１５ｇとり、市販の一軸加圧成型機を用いて圧力約２５００ｋｇ／ｃｍ2でペレットを形成した。次いで、加熱加圧プレスを用いてペレットを温度１６０℃、圧力５ＭＰａで延伸しシート厚６５μmの半導体粒子含有シートを得た。
【００６４】
このようにして得た半導体粒子シートを縦４ｍｍ×横４ｍｍの大きさの矩形状に切り出し、２ｗｔ％濃度の３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（反応（開始）温度１３０℃）のエタノール溶液に３０秒浸漬しシランカップリング処理を行い、次いで乾燥してエタノールを除去した。なお、これらの操作は窒素置換したグローブボックス内で行った。
【００６５】
次いで、下から順にＡｇ電極（膜厚２０μｍ）、半導体粒子含有シート、Ｗ電極（膜厚３０μｍ）、Ａｇ電極（膜厚２０μｍ）を積層し、加熱温度１６０℃、圧力０．５５ｋｇｆ／ｍｍ2、１０秒間で熱圧着すると共にカップリング反応を生じせしめた。以上により、Ａｇ電極と半導体粒子含有シートのｎ型Ｓｉ粉末がショットキー接合を形成する整流素子を形成した。
【００６６】
ここで、Ａｇ電極はバーコーターを用いてＡｇペーストを厚さ２０μｍに塗布して乾燥させたものを用いた。また、Ｗ電極は、Ｗ金属粉末（平均粒径１０μｍ）５０重量部を液体エポキシ樹脂１００重量部に分散させ、バーコーターにより膜厚３０μｍに塗布して加熱硬化させたものである。
【００６７】
このようにして形成した整流素子の整流特性を６０℃、９５％ＲＨ環境に１０００時間保存前と保存後に測定を行った。
【００６８】
図４は、実施例１に係る整流素子の保存前後の電流−電圧特性を示す図である。図４を参照するに、実施例１に係る整流素子は保存前および保存後のいずれにおいても良好な整流特性を示し、保存前後で電流が流れ始める最小電圧がほとんど変化していないことが分かる。このことから、６０℃、９５％ＲＨ環境のような過酷な高温高湿下に保存した場合でも実施例１に係る整流素子の信頼性が高いことが分かる。
【００６９】
［実施例２］
平均粒径が２５μmのｎ型Ｓｉ粉末を用いた以外は実施例１と同様にして整流素子を形成した。
【００７０】
［実施例３］
ｎ型Ｓｉ粉末２５重量部に対してクランベター（前出）１７５重量部を混合し、３ｗｔ％濃度の３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして整流素子を形成した。
【００７１】
［実施例４］
１ｗｔ％濃度の３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液を用いた以外は、実施例３と同様にして整流素子を形成した。
【００７２】
実施例２〜実施例４の整流素子を実施例１と同様にして、６０℃、９５％ＲＨ環境に１０００時間保存前と保存後に測定を行った。図示を省略するが、実施例２〜実施例４の整流素子は、実施例１と同様に保存前と保存後において良好な整流特性を示し、保存前後で電流が流れ始める最小電圧がほとんど変化しなかった。このことから、実施例２〜実施例４の整流素子も高温高湿下に保存した場合でも実施例２〜実施例４に係る整流素子の信頼性が高いことが分かる。
【００７３】
［比較例］
シランカップリング処理を行わない以外は、実施例１と同様にして整流素子を形成した。
【００７４】
このようにして形成した比較例の整流素子を実施例１と同様にして、６０℃、９５％ＲＨ環境に１０００時間保存前と保存後に測定を行った。
【００７５】
図５は比較例に係る整流素子の保存前後の電流−電圧特性を示す図である。
【００７６】
図５を参照するに、比較例の整流素子は保存前は良好な整流特性を示したのに対して、保存後は、順方向の飽和電流値が低下し、保存前後で電流が流れ始める最小電圧が変化した。このことから高温高湿下の保存により半導体粒子と第１電極あるいは第２電極との接触が悪化したことが分かる。これに対して、図４に示す実施例１に係る整流素子は図５に示す比較例に対して、明らかに保存後の特性が良好であり、このことは半導体層の結着樹脂にカップリング剤を添加し反応させたことにより顕著に高温高湿下の保存に対する耐性が向上したことを示している。したがって、実施例１〜実施例４の整流素子は特に携帯端末等の室外で使用される電子装置に最適であることが分かる。
【００７７】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態に係る座標入力装置の構成図、図７は第２の実施の形態に係る座標入力装置の要部断面図である。なお、図７は説明の便宜のため、厚さ方向を拡大して示している。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７８】
図６および図７を参照するに、座標入力装置２０は、大略して、抵抗膜２３が表面に形成されたガラス基板等の基板２１と、基板２１に対向して配置され、検出電極膜２６が裏面に形成されたＰＥＴ等の可撓性基板２２と、抵抗膜２３に電圧を印加するための直流電源２８と、可撓性基板２２を部分的に加圧した際の加圧位置座標を検出する電圧計２９から構成されている。
【００７９】
抵抗膜２３は、ベタ膜のＩＴＯ膜等の透明抵抗体からなり、抵抗膜２３の周辺部（四角形の各辺近傍）には抵抗膜２３と電気的に接続された点状電極２４が所定の間隔で多数形成されている。それぞれの点状電極２４にはダイオード２５が接続され、ダイオード２５は、例えば図中に示すＸ軸方向にほぼ線形な電位分布を形成するために点状電極２４に所定の方向に接続される。すなわち、Ｘ軸方向に垂直な辺の一方（＋Ｘ側）に配置された点状電極２４にはダイオード２５のカソードが接続され、そのダイオード２５のアノードはスイッチＳＷ２を介して直流電源２８の正極（スイッチＳＷ２がＡ接点に接触する場合）に接続され、対向する辺（−Ｘ側）に配置された点状電極２４にはダイオード２５のアノードが接続され、そのダイオード２５のカソードはスイッチＳＷ１を介して直流電源２８の負極（スイッチＳＷ１がＡ接点に接触する場合）に接続される。このようにして抵抗膜２３のＸ軸方向には−Ｘ方向に電位が低下する電位分布が形成される。
【００８０】
また、Ｙ軸方向に垂直な辺にもＸ軸方向と同様に点状電極２４およびダイオード２５が配置・接続され、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をＢ接点に接触させることにより＋Ｙ方向に電位が低下する電位分布が形成される。
【００８１】
検出電極膜２６は、可撓性基板２２の裏面にベタ膜状に形成され、抵抗膜２３に対向し絶縁性材料からなるスペーサ３１を介して配置され電圧計２９に接続されている。検出電極膜２６は例えば薄膜の金属電極やＩＴＯなどの透明電極材料から構成されている。
【００８２】
次に座標入力装置２０の動作を簡単に説明する。可撓性基板２２をペンなどで加圧することにより、検出電極膜２６が抵抗膜２３に接触する。スイッチＳＷ１およびＳＷ２がＡ接点に接触している場合は抵抗膜２３にはＸ軸方向に電位分布が形成されているので、加圧位置のＸ座標に相当する電位が電圧計２９により検出される。スイッチＳＷ１およびＳＷ２がＢ接点に切り換わると抵抗膜２３にはＹ軸方向に電位分布が形成されているので、加圧位置のＹ座標に相当する電位が電圧計２９により検出される。スイッチＳＷ１およびＳＷ２の切替えは自動的にペンによる加圧時間に対して短時間に行われるので、加圧位置のＸ座標およびＹ座標の両方を検出することができる。
【００８３】
本実施の形態に係る座標入力装置２０はダイオード２５に特徴がある。ダイオード２５は上述した第１の実施の形態に係る半導体素子であり、図７に示すように、ダイオード２５は可撓性基板２２上の周辺部に、第１電極１２／半導体層１３／第２電極１４が積層して形成され、第１電極は図６に示すスイッチＳＷ１またはＳＷ２に接続され（接続線は図示を省略する。）、第２電極はワイヤやＦＰＣ等の導電線３２により点状電極２４に接続されている。ダイオード２５は高温環境において半導体層の結着樹脂が軟化し変形することがない等の耐環境性に優れているので信頼性の高い座標入力装置を実現できる。また、ダイオード２５は、塗布法とくに印刷法により形成できるので実装が容易であり、数１００μｍ程度あるいはそれ以下の厚さであるので、従来の整流素子の約２ｍｍの厚さと比較して１／１０程度に薄膜化されている。したがって、携帯端末機などの入力装置として用いることにより本体の薄板化、小型化を促進することができる。また、ダイオード２５の形状を簡単にパターン化することができるので、ダイオード２５の面密度を向上しダイオード２５の実装面積を低減して入力可能な範囲を拡大することができる。
【００８４】
なお、第２の実施の形態では抵抗膜２３および点状電極２４を基板２１表面に形成し、可撓性基板２２の裏面に検出電極膜２６を設けた例を説明したが、検出電極膜２６を基板２１表面に形成し抵抗膜２３および点状電極２４を可撓性基板２２の裏面に形成してもよい。
【００８５】
また、本実施の形態では座標入力装置を例に説明したが、座標入力装置に特に限定されず、第１の実施の形態の半導体素子は液晶表示装置などの他の電子装置に適用することができる。
【００８６】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８７】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  半導体粒子と結着樹脂からなる半導体層と、
前記半導体層を挟む第１の電極および第２の電極と、からなる半導体素子であって、
前記結着樹脂にカップリング剤が添加されていることを特徴とする半導体素子。
（付記２）  前記半導体粒子は不純物イオンがドープされてなることを特徴とする付記１記載の半導体素子。
（付記３）  前記半導体粒子は平均粒径が１〜５００μｍの範囲に設定されることを特徴とする付記１または２記載の半導体素子。
（付記４）  前記半導体粒子はアスペクト比が１〜１０の範囲に設定されることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体素子。
（付記５）  前記半導体粒子は、その長手方向が半導体層の厚さ方向と略平行に配列されてなることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体素子。
（付記６）  前記半導体層と第１の電極および第２の電極との各々の界面において、前記半導体粒子の先端部が第１の電極または第２の電極に侵入してなることを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体素子。
（付記７）  前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体素子。
（付記８）  前記結着樹脂はホットメルト接着剤または紫外線硬化樹脂であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の半導体素子。
（付記９）  一方の面に第１の導電膜が形成された第１の基板と、
一方の面に第２の導電膜が形成され、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが対向するように配置された第２の基板と、
前記第１の導電膜に電圧を印加する電源と、
前記第１の基板または第２の基板が加圧された際に、前記第１の導電膜と第２の導電膜とが接触する位置の電位を検出する検出手段と、
前記第１の導電膜と電源との間にあって、付記１〜８のうちいずれか一項記載の半導体素子を用いて、前記第１の導電膜中に流れる電流を整流する整流手段と、を備える座標入力装置。
（付記１０）  半導体粒子を結着樹脂に分散させて混合物を形成する工程と、
前記混合物からシート状成型物を形成する工程と、
前記シート状成型物の両面に電極を形成する工程と、
前記シート状成型物に含まれるカップリング剤を反応させる加熱処理を行う工程と、を備える半導体素子の製造方法。
（付記１１）  前記シート状成型物を形成する工程と電極を形成する工程との間に、
前記シート状成型物にカップリング剤を含む溶液を含浸するカップリング処理を行う工程を備えることを特徴とする付記１０記載の半導体素子の製造方法。
（付記１２）  前記結着樹脂はカップリング剤を含むことを特徴とする付記１０記載の半導体素子の製造方法。
（付記１３）  前記電極を形成する工程は、電極の一方の表面にカップリング剤を塗布し、その塗布した表面がシート状成型物側になるように電極とシート状成型物を積層することを特徴とする付記１０〜１２のうち、いずれか一項記載の半導体素子の製造方法。
（付記１４）  前記電極を形成する工程の後に前記シート状成型物と電極とを加熱しながら圧着する工程をさらに備えることを特徴とする付記１０〜１３のうち、いずれか一項記載の半導体素子の製造方法。
（付記１５）  前記圧着する工程において、前記カップリング剤を反応させる加熱処理を同時に行うことを特徴とする付記１４記載の半導体素子の製造方法。
（付記１６）  前記結着樹脂の軟化温度がカップリング剤の反応温度よりも低いことを特徴とする付記１０〜１５のうち、いずれか一項記載の半導体素子の製造方法。
（付記１７）  半導体粒子と紫外線硬化樹脂とカップリング剤とを混練して混合物を形成する工程と、
前記混合物を電極上に塗布し半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に紫外線を照射して半導体層を硬化する工程と
前記半導体層上に他の電極を形成する工程と、
前記カップリング剤を反応させる加熱処理を行う工程と、を備える半導体素子の製造方法。
（付記１８）  前記他の電極を形成する工程の後に、前記半導体層と電極とを加熱しながら圧着する工程をさらに備えることを特徴とする付記１７記載の半導体素子の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す半導体素子の拡大した要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体素子の製造工程の他の例を示すフローチャートである。
【図４】実施例１に係る整流素子の保存前後の電流−電圧特性を示す図である。
【図５】比較例に係る整流素子の保存前後の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る座標入力装置の構成図である。
【図７】第２の実施の形態に係る座標入力装置の要部断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０    半導体素子
１１    基板
１２    第１電極
１３    半導体層
１４    第２電極
１５    半導体粒子
１５ａ  半導体粒子の先端部
１６    結着樹脂
２０    座標入力装置
２１    基板
２２    可撓性基板
２３    抵抗膜
２４    点状電極
２５    ダイオード
２６    検出電極膜
２８    直流電源
２９    電圧計
３１    スペーサ
３２    導電線
【図１】
2005259897.tif 000003
【図２】
2005259897.tif 000004
【図３】
2005259897.tif 000005
【図４】
2005259897.tif 000006
【図５】
2005259897.tif 000007
【図６】
2005259897.tif 000008
【図７】
2005259897.tif 000009