(57)【要約】【課題】本発明は、様々な基材上へ薄膜ＰＴＣサーミスタを低コストに形成することができ、かつその薄膜ＰＴＣサーミスタに安定的なＰＴＣサーミスタ特性を与えることができる半導体粒子分散体を提供する。【解決手段】本発明は、分散媒及び前記分散媒に分散している半導体粒子を含有している、薄膜ＰＴＣサーミスタを製造するための半導体粒子分散体に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒及び前記分散媒に分散している半導体粒子を含有している、薄膜ＰＴＣサーミスタを製造するための半導体粒子分散体。
【請求項２】
前記半導体粒子が、シリコンナノ粒子である、請求項１に記載の半導体粒子分散体。
【請求項３】
前記シリコンナノ粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下濃度で含有する、請求項１又は２に記載の半導体粒子分散体。
【請求項４】
前記シリコンナノ粒子の円形度が、０．８０以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体。
【請求項５】
前記半導体粒子の粒径が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体。
【請求項６】
レーザー熱分解法によって半導体粒子を調製する工程、及び前記半導体粒子を分散媒に分散させる工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体の製造方法。
【請求項７】
半導体粒子膜及び少なくとも２つの電極を基材上に含む薄膜ＰＴＣサーミスタであって、前記半導体粒子膜が、半導体粒子の堆積物であり、かつ前記半導体粒子膜のシート抵抗が、３０℃から２００℃の温度範囲における少なくとも１つ以上の温度範囲において、正の温度係数を有することを特徴とする、薄膜ＰＴＣサーミスタ。
【請求項８】
前記半導体膜のシート抵抗の３０℃から２００℃の温度範囲における最大値が前記半導体粒子膜のシート抵抗の３０℃から２００℃の温度範囲における最小値の１０倍を超える、請求項７に記載の薄膜ＰＴＣサーミスタ。
【請求項９】
前記半導体粒子膜が、円形度が０．８０以上である半導体粒子の堆積物である、請求項７又は８に記載の薄膜ＰＴＣサーミスタ。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体を塗布し、半導体粒子膜を製膜する工程、及び
前記半導体粒子膜の上部又は下部に、前記半導体粒子膜に接するように２つ以上の電極を形成する工程
を含む、薄膜ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜ＰＴＣサーミスタを製造するための半導体粒子分散体、半導体粒子膜を含む薄膜ＰＴＣサーミスタ及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーミスタは温度により電気抵抗が変化する抵抗体であり、その電気抵抗の変化を利用して温度の測定を目的としたセンサーや、装置の温度制御を目的とした電流制御素子などとして広く用いられている。
【０００３】
このうち、温度の上昇とともに抵抗値が上昇するサーミスタは、ＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタと呼ばれる。この特性を利用して、ＰＴＣサーミスタは、加熱を行う電気機器の電流制限温度センサー等の用途で広く用いられている。
【０００４】
現在一般的に用いられているＰＴＣサーミスタは、ＢａＴｉＯ３等のキュリー点を有する無機金属酸化物を含む、１２００℃以上で焼結した焼結体である（例えば特許文献１）。
【０００５】
薄膜ＰＴＣサーミスタを形成する手法も知られている。特許文献２は、１５００℃以上の高い耐熱性を有するセラミック基材上に、前駆体であるゾル等を塗布し、６００〜８００℃の温度でＢａＴｉＯ３等の酸化物焼結体薄膜を形成する方法を開示している。
【０００６】
また、特許文献３は、プラスチック等の基材上へ薄膜ＰＴＣサーミスタを形成する方法を開示しており、ここではＢａＴｉＯ３等の酸化物薄膜をスパッタリング等によって形成している。
【０００７】
さらに、非特許文献１は、プラスチック等の基材上へ薄膜ＰＴＣサーミスタを印刷法によって形成する方法を開示しており、ここではカーボンナノチューブ等の導電性の粒子を、所望の温度でガラス転移点等を有するマトリクスポリマー中へ分散させた溶液を、基材上へ印刷することによってＰＴＣサーミスタを形成している。
【０００８】
なお、温度の上昇とともに抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタに関して、特許文献４は、プラスチック等の基材上へ印刷法によって形成する方法を開示しており、ここでは粉砕法によって得られたシリコン粒子を含有する液体を、基材上へ印刷することによって薄膜ＮＴＣサーミスタを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３２６２０５号公報
【特許文献２】特開平２−１５６５０３号公報
【特許文献３】特開平１１−１４４９１２号公報
【特許文献４】特表２０１３−５３８４６２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】米国科学アカデミー紀要、１１２巻、４７号、１４５３３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された方法によっては、薄膜ＰＴＣサーミスタを得ることができない。
【００１２】
特許文献２に記載された方法によれば、薄膜状のサーミスタを得ることができるが、真空プロセスを用いるため高コストである。
【００１３】
特許文献３に記載された方法によれば、薄膜ＰＴＣサーミスタを得ることができるが、耐熱性の観点から、機械的柔軟性の高いプラスチック基板上にサーミスタを得ることができない。また、高温を要するため、製造に多大なエネルギーの投入が必要であり高コストである。
【００１４】
非特許文献１に記載された手法で製造されたＰＴＣ型薄膜サーミスタは、ポリマーをマトリクスとして用いるため、大気中の水等の成分の吸収等により、サーミスタ特性が変化することがある。また、一旦高温にさらされるとポリマーマトリクスの結晶構造が不可逆的に変化し、サーミスタ特性が不可逆的に変化することがある。したがって、安定したＰＴＣサーミスタ特性を得ることが困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、様々な基材上へ薄膜ＰＴＣサーミスタを低コストに形成することができ、かつその薄膜ＰＴＣサーミスタに安定的なＰＴＣサーミスタ特性を与えることができる半導体粒子分散体及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような半導体粒子分散体から製造することができる半導体粒子膜を含む薄膜ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題に対して、本件の発明者らは下記の態様を有する本発明を見出した。
【００１７】
《態様１》
分散媒及び前記分散媒に分散している半導体粒子を含有している、薄膜ＰＴＣサーミスタを製造するための半導体粒子分散体。
《態様２》
前記半導体粒子が、シリコンナノ粒子である、態様１に記載の半導体粒子分散体。
《態様３》
前記シリコンナノ粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下濃度で含有する、態様１又は２に記載の半導体粒子分散体。
《態様４》
前記シリコンナノ粒子の円形度が、０．８０以上である、態様１〜３のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体。
《態様５》
前記半導体粒子の粒径が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、態様１〜３のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体。
《態様６》
レーザー熱分解法によって半導体粒子を調製する工程、及び前記半導体粒子を分散媒に分散させる工程を含む、態様１〜５のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体の製造方法。
《態様７》
半導体粒子膜及び少なくとも２つの電極を基材上に含む薄膜ＰＴＣサーミスタであって、前記半導体粒子膜が、半導体粒子の堆積物であり、かつ前記半導体粒子膜のシート抵抗が、３０℃から２００℃の温度範囲における少なくとも１つ以上の温度範囲において、正の温度係数を有することを特徴とする、薄膜ＰＴＣサーミスタ。
《態様８》
前記半導体膜のシート抵抗の３０℃から２００℃の温度範囲における最大値が前記半導体粒子膜のシート抵抗の３０℃から２００℃の温度範囲における最小値の１０倍を超える、態様７に記載の薄膜ＰＴＣサーミスタ。
《態様９》
前記半導体粒子膜が、円形度が０．８０以上である半導体粒子の堆積物である、態様７又は８に記載の薄膜ＰＴＣサーミスタ。
《態様１０》
態様１〜６のいずれか一項に記載の半導体粒子分散体を塗布し、半導体粒子膜を製膜する工程、及び
前記半導体粒子膜の上部又は下部に、前記半導体粒子膜に接するように２つ以上の電極を形成する工程
を含む、薄膜ＰＴＣサーミスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
そこで、本発明によれば、様々な基材上へ薄膜ＰＴＣサーミスタを低コストに形成することができ、かつその薄膜ＰＴＣサーミスタに安定的なＰＴＣサーミスタ特性を与えることができる半導体粒子分散体を提供することができる。また、本発明によれば、そのような半導体粒子分散体から製造することができる半導体粒子膜を含む薄膜ＰＴＣサーミスタ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明によるＰＴＣ型薄膜サーミスタの製造プロセスの１つの模式図である。
【図２】図２は、本発明におけるＰＴＣ型薄膜サーミスタの抵抗値の温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《半導体粒子分散体》
本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタを製造するための半導体粒子分散体は、半導体粒子と分散媒とを含有している。
【００２１】
本発明の半導体粒子分散体は、これを用いて半導体粒子膜を形成する方法に応じて、液状であってもよく、ペースト状であってもよい。分散体中で、半導体粒子は、３重量％以上、５重量％以上、１０重量％以上、２０重量％以上、３０重量％以上、５０重量％以上、７０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、又は９５重量％以上であってもよく、９８重量％以下、９５重量％以下、９０重量％以下、８０重量％以下、７０重量％以下、５０重量％以下、３０重量％以下、２０重量％以下、１０重量％以下、５重量％以下であってもよい。
【００２２】
〈半導体粒子〉
本発明で用いられる半導体粒子としては、任意の半導体粒子を選択できる。半導体粒子は単一の種類の元素で構成された粒子を用いてもよいし、２種類以上の元素で構成された粒子を用いてもよい。
【００２３】
したがって、本発明で用いられる半導体粒子の例としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ダイヤモンド（Ｃ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの半導体材料が挙げられるが、これに限定されない任意の半導体材料を選択し用いることができる。
【００２４】
本発明の半導体材料の粒子、特にシリコン粒子は、例えばホウ素又はリン等の不純物ドーパントによって予めドーピングされていてもよく、不純物ドーパントはｐ型であってもｎ型であってもよい。ドーパントの濃度としては、シリコンナノ粒子中で、１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上、又は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３以上であってもよく、１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下、１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３以下、又は１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であってもよい。
【００２５】
本発明の半導体材料の粒子に含まれるドーパント元素は、所望の温度に対する抵抗値の変化率が得られるように選択することができる。
【００２６】
本発明の半導体材料の粒子に含まれるドーパントの濃度は、所望の温度に対する抵抗値の変化率が得られるように選択することができる。
【００２７】
本発明で用いられる半導体粒子の平均一次粒径は、１０μｍ以下、１μｍ以下、５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下にすることができる。また、本発明で用いられる半導体粒子の平均一次粒径は１ｎｍ以上、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、又は１０ｎｍ以上であってもよい。
【００２８】
これらのうち、ＰＴＣ型薄膜サーミスタの電気特性のばらつきを低減するという観点から、本発明で用いられる半導体粒子の平均一次粒径は、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下、よりさらに好ましくは５０ｎｍ以下、特に好ましくは２０ｎｍ以下にすることができる。
【００２９】
ここで、本発明においては、粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等による観察によって、撮影した画像を元に直接に投影面積円相当径を計測し、集合数１００以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。
【００３０】
本発明において用いられる半導体粒子は、好ましくはレーザー熱分解法によって得られる半導体粒子である。このような半導体粒子としては、例えば特表２０１０−５１４５８５号公報に記載の粒子を用いることができる。
【００３１】
レーザー熱分解法によって得られる半導体粒子の特徴として、一次粒子の円形度の高さが挙げられる。具体的には、円形度は、０．８０以上、０．９０以上、０．９３以上、０．９５以上、０．９７以上、０．９８以上、又は０．９９以上であってもよい。円形度は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等による観察によって撮影した画像から、粒子の投影面積（Ｓ）及び粒子の周囲長（ｌ）を画像処理ソフト等によって計測して、（４πＳ）／ｌ２を計算して求めることができる。この場合、１００以上の粒子群の平均値として、円形度を求めることができる。
【００３２】
本発明においては、円形度が０．８０以上、０．９０以上、０．９３以上、０．９５以上、０．９７以上、０．９８以上、又は０．９９以上の半導体粒子を用いることによって、特に良好なＰＴＣサーミスタ特性を与えることができた。
【００３３】
また、レーザー熱分解法によって得られる半導体粒子の特徴として、粒子内部が結晶状態で、粒子表面部が非結晶状態であるという点を挙げることができる。これにより、粒子が用いられる様々な物品に対して特異な物理的性質を与えることができる。本発明においては、粒子内部が結晶状態で、粒子表面部が非結晶状態である半導体粒子も好適に用いることができる。
【００３４】
本発明で用いられる半導体粒子を塗布等によって堆積させることで、ＰＴＣサーミスタとして機能する半導体粒子膜を得ることができる。半導体粒子膜を加熱すると粒子間の相対的な位置が変化することによって、粒子間のキャリアの伝導障壁が増大するものと考えられる。
【００３５】
〈分散媒〉
本発明の半導体粒子分散体は、分散媒を更に含有する。分散媒の種類に特に制限はないが、半導体粒子を均一に分散でき、かつ本発明の半導体粒子分散体を構成する半導体粒子以外の成分を均一に分散及び／又は溶解させることができる分散媒を選択することが好ましい。
【００３６】
本発明の半導体粒子分散体に含有される分散媒の大気圧下での沸点は、安定に基材への塗布工程を行うことができという観点から５０℃以上であることが好ましく、かつプラスチックなどの基材上で十分に乾燥させることができるという観点から、２００℃以下であることが好ましい。
【００３７】
具体的には、本発明の半導体粒子分散体に含有される分散媒としては、水性溶媒又は有機溶媒を挙げることができ、例えばイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエーテル系溶媒を挙げることができる。
【００３８】
〈添加物〉
本発明の半導体粒子分散体は半導体粒子間のキャリア伝導障壁の高さを調節する目的で添加物を更に含むことができる。
【００３９】
〈結着剤〉
本発明の半導体粒子分散体は、粒子同士を結着させ、機械的に安定な半導体粒子膜を形成することを目的として、結着剤を含有してもよい。本発明の半導体粒子分散体で用いられる結着剤としては、例えば、ポリシロキサン等の無機結着剤、エチルセルロース等の有機結着剤が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４０】
〈導電性粒子〉
本発明の半導体粒子分散体は、薄膜ＰＴＣサーミスタの抵抗値の調節を目的として、導電性粒子を含有してもよい。
【００４１】
そのような導電性粒子としては、導電性を向上させることができれば特に限定されないが、例えば金属粒子、カーボン粒子等を挙げることができ、好ましくは金粒子を用いることができる。また、この導電性粒子として導電性の調節を目的とした半導体粒子を用いてもよい。導電性の調節を目的とした半導体粒子を用いる場合、半導体粒子はドーパントによって予めドーピングされ、それによって好ましい導電性を有していてもよい。
【００４２】
この導電性粒子としては、例えば１×１０１２Ωｍ以下、１×１０９Ωｍ以下、１×１０６Ωｍ以下、１×１０３Ωｍ以下、１Ωｍ以下、１×１０−３Ωｍ以下、又は１×１０−６Ωｍ以下の抵抗率を有する材料を選ぶことができる。
【００４３】
この導電性粒子の平均一次粒径は、１０μｍ以下、１μｍ以下、５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以下にすることができる。また、導電性粒子の平均一次粒径は１ｎｍ以上、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、又は１０ｎｍ以上とすることができる。
【００４４】
これらのうち、導電性粒子を半導体粒子分散体に均一に分散させるという観点から、導電性粒子の平均一次粒径は半導体粒子の半導体粒子の平均一次粒径の１０〜１０００％であることが好ましく、５０〜２００％がより好ましい。
【００４５】
〈界面活性剤〉
本発明の半導体粒子分散体は、半導体粒子分散体の構成粒子の分散性を向上させるため、界面活性剤を含んでいてもよい。
【００４６】
《薄膜ＰＴＣサーミスタ》
本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタは、半導体粒子膜及び少なくとも２つの電極を基材上に含む。ここで、半導体粒子膜は、半導体粒子の堆積物である。また、半導体粒子膜は、好ましくは焼結体ではない。そして、半導体粒子膜のシート抵抗は、３０℃から２００℃の温度範囲における少なくとも１つ以上の温度範囲において、正の温度係数を有する。ここで、その温度範囲は、３０℃から２００℃の温度範囲のうちで、０．１℃以上、０．５℃以上、１℃以上、３℃以上、５℃以上、１０℃以上、２０℃以上、３０℃以上、５０℃以上、又は８０℃以上の範囲であってもよい。また、正の温度係数とは、温度が上昇することで、抵抗値が上昇することをいう。
【００４７】
本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタは、上記の半導体粒子分散体を用いて製造することができるが、その半導体粒子分散体によって得られる薄膜ＰＴＣサーミスタに限定されるものではない。また、本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタは、下記の薄膜ＰＴＣサーミスタの製造方法によって得ることができるが、この製造方法によって得られた薄膜ＰＴＣサーミスタに限定されるものではない。ただし、本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタに含まれる半導体粒子、基材等については、上記又は下記の記載を参照することができる。
【００４８】
３０℃から２００℃の温度範囲におけるシート抵抗の最大値は、半導体粒子膜のシート抵抗の３０℃から２００℃の温度範囲における最小値の１０倍以上、５０倍以上、１００倍以上、２００倍以上、３００倍以上、５００倍以上、１０００倍以上又は１５００倍以上であることが好ましい。
【００４９】
本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタは、特に−１００℃以上、−８０℃以上、−５０℃以上、−３０℃以上、又は０℃以上でＮＴＣサーミスタとして有効に機能することができ、また５００℃以下、３００℃以下、２００℃以下、又は１００℃以下でＰＴＣサーミスタとして有効に機能することができる。
【００５０】
《薄膜ＰＴＣサーミスタの製造方法》
本発明の薄膜ＰＴＣサーミスタの製造方法は、以下の工程を含む；
上記の半導体粒子分散体を用いて、半導体粒子膜を基材上に形成する工程、
前記半導体粒子膜に接触するように、２つ以上の電極を形成する工程。
【００５１】
薄膜ＰＴＣサーミスタを形成する本発明の方法の１つの実施態様について、図１を参照して下記で説明する。
【００５２】
まず、図１（ａ）に示すように基材（１）上を提供し、図１（ｂ）に示すように半導体粒子分散体を基材上に塗布し、半導体粒子膜（２）を基材（１）上へ形成する。
【００５３】
その後、図１（ｃ）に示すように、半導体粒子膜（２）に接触するように２つ以上の電極（３）を形成することで、ＰＴＣ型薄膜サーミスタが形成される。
【００５４】
〈基材〉
基材としては、ＰＴＣ型薄膜サーミスタを形成することを目的として任意に絶縁性の基材を用いることができる。
【００５５】
したがって、基材又は基板しては、ガラス、サファイア、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、若しくは窒化アルミニウムなどの無機材料、又はポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド、若しくはポリエチレンナフタレート等のブラスチック基材を用いることができる。
【００５６】
また、基材として温度の測定を目的とする被測定物を用いて、薄膜ＰＴＣサーミスタを被測定物上の表面に直接形成してもよい。
【００５７】
〈半導体粒子膜の形成工程〉
半導体粒子分散体を基板上に形成する工程は、半導体粒子膜を基板上に形成することが可能な任意の手段で行うことができる。半導体粒子膜を基材上に形成する手段として、例えば、スクリーン印刷、スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、又は予め別の基材上に作製した半導体粒子分散体を基材上に転写するラミネート法等が挙げられるが、これらに限定されない任意の手段で行うことができる。
【００５８】
半導体粒子膜の膜厚は、任意の厚さを選択することができる。膜厚は、半導体粒子分散体の組成、塗布条件、塗布方法などによって異なるが、例えば０．０１μｍ以上、０．１μｍ以上、１．０μｍ以上、５．０μｍ以上又は１０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、又は１μｍ以下であってもよい。
【００５９】
半導体粒子膜の製膜後、半導体粒子膜を形成した基材を加熱することで、半導体粒子膜に含まれる分散媒を除去することができる。分散媒除去を目的とした加熱の手法としては、オーブン、ホットプレート、赤外線など加熱が可能な任意の方法を用いることができる。
【００６０】
半導体粒子膜に含まれる分散媒を除去する際の加熱温度としては、３０℃〜３００℃が好ましく、３０℃〜２００℃が特に好ましい。分散媒を実質的に除去できるのであれば、加熱時間は１秒であってもよく、１０秒間以上、１分間以上、１０分以上、又は１時間以上であってもよく数時間以下が好ましい。上記の範囲内であれば、プラスチックの基材を用いる場合でも、基材に損傷を与えることなく、半導体粒子分散体膜に含まれる分散媒を除去できる利点がある。
【００６１】
〈電極の形成工程〉
半導体粒子膜に接触する２つ以上の任意の材質の電極を任意の手法で形成することで、薄膜ＰＴＣサーミスタが形成される。
【００６２】
低コストかつ高スループットに電極を形成する観点から、金属粒子を含有する溶液又はペーストを、半導体粒子膜上に、スクリーン印刷やインクジェット法等の手法でパターニング製膜することが好ましい。
【００６３】
半導体と良好な電気的な接触を形成する観点から、半導体粒子膜中で電気伝導に寄与するキャリアが存在するエネルギー準位と同程度の仕事関数を有する金属等を電極材料として好ましく用いることができる。
【実施例】
【００６４】
《実施例１〜３》
以下の実施例１〜３では、半導体粒子分散体を調製し、基材上に塗布して半導体粒子膜を形成した後、電極を半導体粒子膜上に形成した抵抗体サンプルについて、抵抗値の温度依存性を測定した。
【００６５】
〈実施例１〉
（シリコン粒子の作製）
シリコン粒子は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザーを用いたレーザー熱分解（ＬＰ：Ｌａｓｅｒ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）法により作製した。このとき、ＳｉＨ４ガスと共にジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを導入して、ボロンドープシリコン粒子を得た。
【００６６】
得られたボロンドープシリコン粒子のドーピンク濃度は、１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、得られたボロンドープシリコン粒子は、平均一次粒子径が２０ｎｍであった。
【００６７】
また、得られたシリコン粒子の金属不純物含有量を誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）で測定したところ、Ｆｅの含有量は２０ｐｐｂ、Ｃｕの含有量は１２ｐｐｂ、Ｎｉの含有量は２１ｐｐｂ、Ｃｒの含有量は１５ｐｐｂ、Ｃｏの含有量は２７ｐｐｂ、Ｎａの含有量は２９ｐｐｂ、Ｃａの含有量は２２ｐｐｂであった。
【００６８】
（シリコン粒子含有溶液の調製）
上記のようにして得たボロンドープシリコン粒子を、プロピレングリコール（ＰＧ）中に分散させて、固形分濃度１０質量％のシリコン粒子含有溶液を調製した。この溶液を半導体粒子分散体として用いた。
【００６９】
（半導体粒子膜の形成）
ガラス基材上に、半導体粒子分散体をスピンコートすることにより、半導体粒子膜を得た。スピンコート時の回転速度は５００ｒｐｍで５秒間回転させたのち、２０００ｒｐｍで２０秒間回転させる条件で行った。スピンコート中に回転速度を変化させる場合には、その回転速度変化率が、１０００ｒｐｍ／ｓとなるようにした。
【００７０】
その後、上記、半導体粒子膜を形成したガラス基板を３００℃のホットプレート上で１０分間加熱することにより、半導体粒子膜に含まれる分散媒を除去した。
【００７１】
（電極の形成）
半導体粒子膜の形成を行った後、シャドウマスクを通じて、半導体粒子膜の抵抗値測定を目的とした一対の電極を、半導体粒子膜上に真空蒸着法を用いて形成した。電極の材質はアルミニウムとした。
【００７２】
抵抗値測定を目的とした電極のパターンとしては、例えば、２００００μｍ×２００μｍの大きさを有する一組の矩形の電極の２００００μｍの辺同士が、２００μｍの間隔で対向するように配置された電極パターンを用いた。
【００７３】
（抵抗値の測定）
半導体粒子膜の抵抗値測定を目的とした一対の電極の間に、室温において約１００ｎＡの電流が流れるような一定電圧を印加することにより、半導体粒子膜の抵抗値を測定した。半導体粒子膜の抵抗値の温度依存性の測定は、ホットプレート上で２５℃から１８０℃の温度範囲で加熱しながら行った。上記手法により、半導体粒子膜の温度依存性を測定したところ、図２の１０で示される、抵抗値の温度依存性が得られた。
【００７４】
〈実施例２〉
シリコン粒子の作製工程でジボランガスの代わりにホスフィン（ＰＨ３）ガスを用いたことを除いて、実施例１と同様にして、半導体粒子膜の温度依存性を測定したところ、図２の１１で示される、抵抗値の温度依存性が得られた。
【００７５】
〈実施例３〉
シリコン粒子の作製工程でジボランガスを用いなかったことを除いて、実施例１と同様にして、半導体粒子膜の温度依存性を測定したところ、図２の１２で示される、抵抗値の温度依存性が得られた。
【００７６】
実施例１〜３についての実験条件及び結果を、下記の表１にまとめている。
【表１】
2017152587.tif 000002
【符号の説明】
【００７７】
１    基材
２    半導体粒子膜
３    電極
１０    ホウ素ドープシリコン粒子薄膜の抵抗値の温度依存性
１１    リン素ドープシリコン粒子薄膜の抵抗値の温度依存性
１２    ドーパント添加を行っていない粒子薄膜の抵抗値の温度依存性
【図１】
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【図２】
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