(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の両方に接する半導体層と、
前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
前記半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で、前記半導体層と接する第２絶縁層と、を備えたｎ型半導体素子であって、
前記半導体層がナノカーボンを含有し、
前記第２絶縁層が、
Ａ．（ａ）１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上直接に結合した構造を有する化合物（以下、「化合物（ａ）」という）と、
（ｂ）ポリマーとを含有する、または、
Ｂ．化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーを含有する、
ことを特徴とする、ｎ型半導体素子。
【化１】
0006841380.tif 000009
（一般式（１）および一般式（２）中、Ｒ１は水素原子、アルキル基およびシクロアルキル基から選ばれる構造を示す。Ｒ２〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる構造を示す。また、Ｒ１〜Ｒ４のうち任意の２つにより環構造が形成されていてもよい。一般式（１）で表される基または一般式（２）で表される基が２つ以上含まれる場合、当該一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基において、２つ以上存するＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、互いに同じでも異なっていてもよい。）
【請求項２】
化合物（ａ）が、共役系として芳香環を含んでいる、請求項１に記載のｎ型半導体素子。
【請求項３】
化合物（ａ）において、共役系に一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基が結合した構造中に、アリーレンジアミン構造またはヘテロアリーレンジアミン構造に由来する構造が含まれている、請求項１または２に記載のｎ型半導体素子。
【請求項４】
化合物（ａ）に含まれる一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基の全てが第三級アミン構造である、請求項１〜３のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項５】
化合物（ａ）中、炭素−炭素二重結合または１つの共役系に直接に結合する一般式（１）で表される基の少なくとも１つにおいて、Ｒ１およびＲ２がアルキル基およびシクロアルキル基からなる群から選ばれる構造である、請求項１〜４のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項６】
前記ポリマーが炭素原子およびヘテロ原子を含有したポリマーである、請求項１〜５のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項７】
前記ポリマーがエステル結合を有したポリマーである、請求項１〜６のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項８】
前記ポリマーの吸水率が０．５重量％以下である、請求項１〜７のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項９】
前記ナノカーボンがカーボンナノチューブである、請求項１〜８のいずれかに記載のｎ型半導体素子。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブにおいて、その表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着している、請求項９記載のｎ型半導体素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のｎ型半導体素子の製造方法であって、化合物（ａ）およびポリマーならびに溶剤を含有する組成物、または、
化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーならびに溶剤を含有する組成物、
を塗布する工程との該塗布された組成物を乾燥する工程とが含まれた第２絶縁層を形成する工程、ｎ型半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載のｎ型半導体素子の製造方法であって、ナノカーボンおよび溶剤を含有する溶液を塗布する工程とその塗該塗布された溶液を乾燥する工程とが含まれた半導体層を形成する工程を含む、ｎ型半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれかに記載のｎ型半導体素子と、アンテナと、を少なくとも有する無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の無線通信装置を用いた商品タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型半導体素子およびその製造方法に関し、また、当該ｎ型半導体素子を用いた無線通信装置および商品タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信システムが注目されている。ＲＦＩＤタグは、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴという）で構成された回路を有するＩＣチップと、リーダ／ライタとの無線通信するためのアンテナを有する。タグ内に設置されたアンテナが、リーダ／ライタから送信される搬送波を受信し、ＩＣチップ内の駆動回路が動作する。【０００３】
ＲＦＩＤタグは、物流管理、商品管理、万引き防止などの様々な用途での利用が期待されており、交通カードなどのＩＣカード、商品タグなど一部で導入が始まっている。【０００４】
今後、あらゆる商品でＲＦＩＤタグが使用されるためには、製造コストの低減が必要である。そこで、ＲＦＩＤタグの製造プロセスにおいて、真空や高温を使用するプロセスから脱却し、塗布・印刷技術を用いた、フレキシブルで安価なプロセスを利用することが検討されている。【０００５】
例えば、ＩＣチップ内の駆動回路におけるトランジスタにおいては、インクジェット技術やスクリーン印刷技術が適用できる、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が盛んに検討されている。【０００６】
ところで、ＩＣチップ内の駆動回路は、その消費電力を抑制するなどのため、ｐ型ＦＥＴとｎ型ＦＥＴからなる相補型回路で構成するのが一般的である。しかし、ＣＮＴを用いたＦＥＴ（以下、ＣＮＴ−ＦＥＴという）は、大気中では、通常、ｐ型半導体素子の特性を示すことが知られている。そこで、ＣＮＴを含む半導体層の上に、炭素原子と窒素原子の結合を含む有機化合物を含有する第２絶縁層や、窒素原子およびリン原子から選ばれるいずれか１種以上を有する電子供与性化合物を含有する第２絶縁層を形成することにより、ＣＮＴ−ＦＥＴの特性をｎ型半導体素子に転換することが検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１３０８３６号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１８／１８０１４６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ＣＮＴ上に炭素原子と窒素原子の結合を含む有機化合物を含有する層を設けることで高いｎ型半導体特性を有したｎ型半導体素子を得る方法を開示している。一方、大気下での長期間保管により、ｎ型半導体特性に劣化が見られるという課題があった。【０００９】
それに対し特許文献２では、ＣＮＴ上の層の酸素透過度を低くすることにより、大気下での長期間保管によるｎ型半導体特性の劣化を抑制する方法を開示している。ただし、層構成が限られるためにプロセス工程増えてしまうことや酸素透過度の低い層を設けるまでにｎ型半導体特性が一部劣化してしまうといった課題もあった。【００１０】
そこで本発明は、高いｎ型半導体特性を有し、安定性に優れたｎ型半導体素子を、簡便なプロセスで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち本発明は、
基材と、
ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の両方に接する半導体層と、
前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
前記半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で、前記半導体層と接する第２絶縁層と、
を備えたｎ型半導体素子であって、
前記半導体層がナノカーボンを含有し、
前記第２絶縁層が、
Ａ．（ａ）１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合した構造を有する化合物（以下、かかる化合物を「化合物（ａ）」ということがある）と、
（ｂ）ポリマーとを含有する、または
Ｂ．化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーを含有する、
ことを特徴とする、ｎ型半導体素子である。【００１２】
【化１】
0006841380.tif 000002
【００１３】
一般式（１）および一般式（２）中、Ｒ１は水素原子、アルキル基およびシクロアルキル基から選ばれる構造を示す。Ｒ２〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる構造を示す。また、Ｒ１〜Ｒ４のうち任意の２つにより環構造が形成されていてもよい。一般式（１）で表される基または一般式（２）で表される基が２つ以上含まれる場合、当該一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基において、２つ以上存するＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、互いに同じでも異なっていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高いｎ型半導体特性を有し、安定性に優れたｎ型半導体素子を得ることができる。また本発明の製造方法によれば、前記ｎ型半導体素子を簡便なプロセスで得ることができる。また、その半導体素子を利用した無線通信装置および商品タグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るｎ型半導体素子を示した模式断面図
【図２】本発明の実施の形態２に係るｎ型半導体素子を示した模式断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係るｎ型半導体素子の製造工程を示した断面図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係るｎ型半導体素子の製造工程を示した断面図
【図４】本発明の実施形態の一つであるｎ型半導体素子を用いた無線通信装置の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るｎ型半導体素子、ｎ型半導体素子の製造方法、無線通信装置および商品タグ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。
【００１７】
＜ｎ型半導体素子＞
本発明の実施の形態に係るｎ型半導体素子は、基材と、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、前記ソース電極およびドレイン電極の両方に接する半導体層と、前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、前記半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記半導体層と接する第２絶縁層と、を備えたｎ型半導体素子であって、前記半導体層がナノカーボンを含有し、また、前記第２絶縁層が、
Ａ．１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合した構造を有する化合物（化合物（ａ））、およびポリマーを含有する、または、
Ｂ．化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーを含有する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体素子を示す模式断面図である。この実施の形態１に係る半導体素子は、絶縁性の基材１の上に形成されるゲート電極２と、それを覆うゲート絶縁層３と、その上に設けられるソース電極５およびドレイン電極６と、それらの電極の間に設けられる半導体層４と、半導体層を覆う第２絶縁層８と、を有する。半導体層４は、ナノカーボン７を含む。
【００１９】
この構造は、ゲート電極が半導体層の下側に配置され、半導体層の下面にソース電極およびドレイン電極が配置される、いわゆるボトムゲート・ボトムコンタクト構造である。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体素子を示す模式断面図である。この実施の形態２に係る半導体素子は、絶縁性の基材１の上に形成されるゲート電極２と、それを覆うゲート絶縁層３と、その上に設けられる半導体層４と、その上に形成されるソース電極５およびドレイン電極６と、それらの上に設けられる第２絶縁層８を有する。半導体層４は、ナノカーボン７を含む。
【００２１】
この構造は、ゲート電極が半導体層の下側に配置され、半導体層の上面にソース電極およびドレイン電極が配置される、いわゆるボトムゲート・トップコンタクト構造である。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る半導体素子の構造はこれらに限定されるものではない。また、以下の説明は、特に断りのない限り、半導体素子の構造によらず共通する。
【００２３】
（基材）
基材は、少なくとも電極系が配置される面が絶縁性を備える基材であれば、いかなる材質のものでもよい。基材としては、例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料からなる基材、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン等の有機材料からなる基材が好ましい。
【００２４】
また、基材としては、例えば、シリコンウエハ上にＰＶＰ膜を形成したものや、ポリエチレンテレフタレート上にポリシロキサン膜を形成したものなど、複数の材料が積層されたものであってもよい。
【００２５】
（電極）
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電材料であれば、いかなるものでもよい。導電材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物；白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、パラジウム、モリブデン、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどの金属やこれらの合金；ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質；ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン；ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との錯体など；ヨウ素などのドーピングにより導電率を向上させた導電性ポリマーなど；炭素材料など；および有機成分と導電体とを含有する材料など、が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
中でも、電極の柔軟性が増し、屈曲時にも基材およびゲート絶縁層との密着性が良く、配線および半導体層との電気的接続が良好となる点から、電極は、有機成分と導電体を含有することが好ましい。
【００２７】
有機成分としては、特に制限はないが、モノマー、オリゴマー、ポリマー、光重合開始剤、可塑剤、レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤、顔料などが挙げられる。電極の折り曲げ耐性向上の観点からは、有機成分としては、オリゴマーもしくはポリマーが好ましい。
【００２８】
オリゴマーもしくはポリマーとしては、特に限定されず、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド前駆体、ポリイミドなどを用いることができる。これらの中でも、電極を屈曲した時の耐クラック性の観点から、アクリル樹脂が好ましい。これは、アクリル樹脂のガラス転移温度が１００℃以下であり、導電膜の熱硬化時に軟化し、導電体粒子間の結着が高まるためと推定される。
【００２９】
アクリル樹脂とは、繰返し単位に少なくともアクリル系モノマーに由来する構造を含む樹脂である。アクリル系モノマーの具体例としては、炭素−炭素二重結合を有するすべての化合物が挙げられ、これらのアクリル系モノマーは、単独で用いられてもよいし、２種以上を組み合わせて用いられてもよい。
【００３０】
導電体としては、一般的に電極として使用されうる導電材料であれば、いかなるものでもよいが、導電材料で全部または一部が構成され、粒子自体は導電性を有している導電性粒子であることが好ましい。導電体として導電性粒子を用いることにより、それを含む電極の表面に凹凸が形成される。その凹凸にゲート絶縁膜が入り込むことで、アンカー効果が生じ、電極とゲート絶縁膜との密着性がより向上する。電極とゲート絶縁膜との密着性が向上することで、電極の折り曲げ耐性が向上する効果や、半導体素子に電圧を繰り返し印加した時の電気特性の変動が抑制される効果がある。これらの効果により、半導体素子の信頼性がより改善する。
【００３１】
導電性粒子に適した導電材料としては、金、銀、銅、ニッケル、錫、ビスマス、鉛、亜鉛、パラジウム、白金、アルミニウム、タングステン、モリブデンまたは炭素などが挙げられる。より好ましい導電性粒子は、金、銀、銅、ニッケル、錫、ビスマス、鉛、亜鉛、パラジウム、白金、アルミニウムおよび炭素からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含有する導電性粒子である。これらの導電性粒子は、単独で用いられてもよいし、合金として用いられてもよいし、混合粒子として用いられてもよい。
【００３２】
これらの中でも、導電性の観点から、金、銀、銅または白金の粒子が好ましい。中でも、コストおよび安定性の観点から、銀であることがより好ましい。
【００３３】
また、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極のそれぞれの幅および厚み、ならびに、ソース電極とドレイン電極との間隔は、任意の値に設計することが可能である。例えば、電極幅は１０μｍ〜１０ｍｍ、電極の厚みは０．０１μｍ〜１００μｍ、ソース電極とドレイン電極との間隔は１μｍ〜１ｍｍが、それぞれ好ましいが、これらに限らない。
【００３４】
これらの電極を作製するための材料は、単独で用いられてもよいが、複数の材料を積層して電極を形成し、または、複数の材料を混合して用いて電極を形成してもよい。
【００３５】
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層に用いられる材料は、半導体層とゲート電極との間の絶縁が確保できれば特に限定されないが、酸化シリコン、アルミナ等の無機材料；ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等の有機高分子材料；あるいは無機材料粉末と有機材料の混合物を挙げることができる。
【００３６】
中でもケイ素と炭素の結合を含む有機化合物を含むものが好ましく、ポリシロキサンが特に好ましい。
【００３７】
ゲート絶縁層は、さらに、金属原子と酸素原子との結合を含む金属化合物を含有することが好ましい。そのような金属化合物は、特に制限はなく、例えば、金属酸化物、金属水酸化物等が例示される。金属化合物に含まれる金属原子は、金属キレートを形成するものであれば特に限定されない。金属原子としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ルテニウム、パラジウム、インジウム、ハフニウム、白金などが挙げられる。中でも、入手容易性、コスト、金属キレートの安定性の点から、アルミニウムが好ましい。
【００３８】
ゲート絶縁層の膜厚は０．０５μｍ〜５μｍが好ましく、０．１μｍ〜１μｍがより好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、均一な薄膜形成が容易になる。膜厚は、原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定できる。
【００３９】
ゲート絶縁層は、単層でも複数層でもよい。また、１つの層を複数の絶縁性材料から形成してもよいし、複数の絶縁性材料を積層して複数の絶縁層を形成しても構わない。
【００４０】
（半導体層）
半導体層は、ナノカーボンを含有する。ナノカーボンとは、ナノメートルサイズの大きさの構造を有する、炭素からなる物質であり、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、カーボンナノホーン、グラフェンナノリボン、内包ＣＮＴなどが挙げられる。半導体特性の観点から、ナノカーボンとしては、ＣＮＴ、グラフェンが好ましく、ＣＮＴがより好ましい。さらにＣＮＴは、その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が好ましい。半導体層は電気特性を阻害しない範囲であれば、さらに有機半導体や絶縁材料を含んでもよい。
【００４１】
半導体層の膜厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。この範囲内にあることで、均一な薄膜形成が容易になる。半導体層の膜厚は、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。膜厚は、原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定できる。
【００４２】
（ＣＮＴ）
ＣＮＴとしては、１枚の炭素膜（グラフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ、２枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴのいずれを用いてもよい。高い半導体特性を得るためには、単層ＣＮＴを用いることが好ましい。ＣＮＴは、アーク放電法、ＣＶＤ、レーザー・アブレーション法等により得ることができる。
【００４３】
また、ＣＮＴは、全ＣＮＴ中、半導体型ＣＮＴを８０重量％以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、半導体型ＣＮＴを９０重量％以上含むことであり、特に好ましくは、半導体型ＣＮＴを９５重量％以上含むことである。ＣＮＴ中に半導体型ＣＮＴを８０重量％以上含ませる方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、密度勾配剤の共存下で超遠心する方法、特定の化合物を選択的に半導体型もしくは金属型ＣＮＴの表面に付着させ、溶解性の差を利用して分離する方法、電気的性質の差を利用し電気泳動等により分離する方法などが挙げられる。ＣＮＴ中の半導体型ＣＮＴの含有率を測定する方法としては、可視−近赤外吸収スペクトルの吸収面積比から算出する方法や、ラマンスペクトルの強度比から算出する方法等が挙げられる。
【００４４】
本発明において、ＣＮＴを半導体素子の半導体層に用いる場合、ＣＮＴの長さは、ソース電極とドレイン電極との間の距離（以下、「電極間距離」）よりも短いことが好ましい。ＣＮＴの平均長さは、電極間距離にもよるが、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。ＣＮＴの長さを短く方法としては、酸処理、凍結粉砕処理などが挙げられる。
【００４５】
ＣＮＴの平均長さは、ランダムにピックアップした２０本のＣＮＴの長さの平均値として求められる。ＣＮＴ平均長さの測定方法としては、原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等で得た画像の中から、２０本のＣＮＴをランダムにピックアップし、それらの長さの平均値を得る方法が挙げられる。
【００４６】
一般に市販されているＣＮＴは長さに分布があり、電極間距離よりも長いＣＮＴが含まれることがある。そのため、ＣＮＴを電極間距離よりも短くする工程を加えることが好ましい。例えば、硝酸、硫酸などによる酸処理、超音波処理、または凍結粉砕法などにより、ＣＮＴを短繊維状にカットする方法が有効である。また、フィルターによる分離を併用することは、ＣＮＴの純度を向上させる点でさらに好ましい。
【００４７】
また、ＣＮＴの直径は特に限定されないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下である。
【００４８】
本発明では、ＣＮＴを溶媒中に均一分散させ、分散液をフィルターによってろ過する工程を設けることが好ましい。フィルター孔径よりも小さいＣＮＴを濾液から得ることで、電極間距離よりも短いＣＮＴを効率よく得られる。この場合、フィルターとしてはメンブレンフィルターが好ましく用いられる。ろ過に用いるフィルターの孔径は、電極間距離よりも小さければよく、０．５μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００４９】
（ＣＮＴ複合体）
本発明に用いられるＣＮＴにおいては、ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着せしめて用いること（以下、共役系重合体が付着したＣＮＴを「ＣＮＴ複合体」と称する）が好ましい。ここで、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。
【００５０】
ＣＮＴの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が均一に分散した溶液を用いれば、塗布法により、均一に分散したＣＮＴを含んだ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。
【００５１】
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。
【００５２】
ＣＮＴが共役系重合体で被覆されているか否かは、そ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と付着物との重量比を測定することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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）共役系重合体を溶媒中に溶解させ、この中にＣＮＴを添加して混合する方法、（ＩＩＩ）ＣＮＴを溶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）溶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。
【００５５】
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。上記重合体としては、単一のモノマーユニットが並んだもの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。
【００５６】
上記重合体の中でも、本発明においては、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、ポリチオフェン系重合体が好ましく使用される。ポリチオフェン系重合体の中でも、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、チオフェンユニットとを、繰り返し単位中に含むものがより好ましい。
【００５７】
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、ベンズイミダゾール、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を半導体層中により良好に分散することができる。
【００５８】
（第２絶縁層）
第２絶縁層は、半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側に形成される。半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側とは、例えば、半導体層の下側にゲート絶縁層を有する場合は、半導体層の上側を指す。本発明の第２絶縁層を形成することにより、通常はｐ型半導体特性を示すナノカーボン−ＦＥＴを、ｎ型半導体特性を示す半導体素子へ転換できる。
【００５９】
第２絶縁層は、（ａ）１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合した構造を有する化合物（化合物（ａ））、および、（ｂ）ポリマーを含有する。
【００６０】
化合物（ａ）は、その分子構造の中に、炭素−炭素二重結合および共役系のうちの少なくとも１つを有しており、かつ、当該炭素−炭素二重結合または共役系に、直接に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合している（この一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基が結合した炭素−炭素二重結合または共役系を便宜上、「第１非局在電子系」という）。また、化合物（ａ）は、第１非局在電子系を２つ以上有していても構わないし、第１非局在電子系以外の非局在電子系、すなわち一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基の両方または一方が結合されていない炭素−炭素二重結合または共役系を含んでいても良い。
【００６１】
なお、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基の判別に関して、一般式（１）に該当する基が１つの炭素−炭素二重結合または共役系に２つ以上、直接に、結合している場合は、そのうち１つは一般式（２）で表される基に該当するとして、「第１非局在電子系」に該当するとみなすものとする。
【００６２】
化合物（ａ）は、１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合していることにより、１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系のπ軌道の電子密度が高くなる。さらに、１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系といった構造は、ナノカーボンとπ−π相互作用や電荷移動相互作用をしやすいため、化合物（ａ）はナノカーボンと強く電子的に相互作用し、通常はｐ型半導体特性を示すナノカーボン−ＦＥＴを、安定なｎ型半導体特性を示す半導体素子へ転換できると推定される。
【００６３】
さらに第２絶縁層はポリマーを含有することにより、化合物（ａ）とナノカーボンとが相互作用する場を安定に保つことができると考えられるので、より安定なｎ型半導体特性が得られると推測される。
【００６４】
【化２】
0006841380.tif 000003
【００６５】
一般式（１）および一般式（２）中、Ｒ１は水素原子、アルキル基およびシクロアルキル基から選ばれる構造を示す。Ｒ２〜Ｒ４は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる構造を示す。また、Ｒ１〜Ｒ４のうち任意の２つにより環構造が形成されていてもよい。一般式（１）で表される基または一般式（２）で表される基が２つ以上含まれる場合、当該一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基において、２つ以上存することとなるＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、互いに同じでも異なっていてもよい。一般式（１）および一般式（２）中のＲ１〜Ｒ４が後述の構造であることにより、化合物（ａ）中の１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系および一般式（１）および一般式（２）中の窒素原子がナノカーボンに近接しやすく、化合物（ａ）とナノカーボン間の電子的な相互作用が強くなり、より安定なｎ型半導体特性が得られると考えられる。
【００６６】
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。アルキル基が置換基を有する場合、置換基には特に制限はなく、例えば、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができる。置換基が、さらに置換基を有していてもよい。これら置換基に関する説明は、特にことわらない限り、以下の記載にも共通する。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。
【００６７】
シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルキル基の炭素数は、特に限定されないが、３以上２０以下の範囲が好ましい。
【００６８】
アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリール基、ブタジエニル基などの、二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルケニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は、特に限定されないが、２以上２０以下の範囲が好ましい。
【００６９】
シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの、二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルケニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルケニル基の炭素数は、特に限定されないが、３以上２０以下の範囲が好ましい。
【００７０】
アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの、三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキニル基は、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。
【００７１】
アリール基とは、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、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、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。
【００７２】
ヘテロアリール基とは、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。ヘテロアリール基は、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。
【００７３】
Ｒ１〜Ｒ４のうち任意の２つにより環構造が形成される場合とは、例えば、Ｒ１とＲ２とや、Ｒ１とＲ３とが互いに結合して、共役または非共役の環構造を形成する場合である。環構造の構成元素として、炭素原子以外に、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素の各原子を含んでいてもよい。また、環構造が、さらに別の環と縮合した構造であってもよい。
【００７４】
また共役系とは、多重結合が２個あるいはそれ以上共役している系のことであり、多重結合のπ電子は単結合を通して相互作用し非局在化している。例えば、二重結合および／または三重結合が単結合または非共有電子対または空のｐ軌道を有する原子により連結された構造であり、具体例としては、一般式（３）〜（５）にて示される。
【００７５】
【化３】
0006841380.tif 000004
【００７６】
また、１つの共役系に一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合している例としては、例えば、一般式（６）〜（９）で表される化合物が挙げられる。なお、化学式においては、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基が結合している共役系を点線で囲んでいる。一方、一般式（１０）〜（１１）で表される化合物は、第１非局在電子系を有した化合物に該当しない。
【００７７】
【化４】
0006841380.tif 000005
【００７８】
【化５】
0006841380.tif 000006
【００７９】
化合物（ａ）としては、例えば、テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン、４−（（２−ジメチルアミノ）ビニル）―Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、２，３，５，６−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，４−フェニレンジアミン、１，４−ジ（ピロリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジ（ピペリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジモルホリノベンゼン、Ｎ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジメチルフェナジン、ベンジジン、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン、４−（ピロリジン−１−イル）アニリン、４−（４−メチルピペリジン−１−イル）アニリン、２，４−ジピペリジン−１−イル−フェニルアミン、トリス[４−（ジエチルアミノ）フェニル]アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス[４−（ジイソブチルアミノ）フェニル] −１，４−フェニレンジアミン、１，５−ジアミノナフタレン、１，８−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノフルオレン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，７−ジアミノフルオレンなどが挙げられる。化合物（ａ）は単独種で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００８０】
化合物（ａ）において、共役系が芳香環を含むことが好ましい。共役系が芳香環を含むことにより、化合物（ａ）とＣＮＴとの電子的な相互作用がより強くなると考えられる。
【００８１】
この場合の化合物（ａ）としては、例えば、４−（（２−ジメチルアミノ）ビニル）―Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、２，３，５，６−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，４−フェニレンジアミン、１，４−ジ（ピロリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジ（ピペリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジモルホリノベンゼン、Ｎ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジメチルフェナジン、ベンジジン、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン、４−（ピロリジン−１−イル）アニリン、４−（４−メチルピペリジン−１−イル）アニリン、２，４−ジピペリジン−１−イル−フェニルアミン、トリス[４−（ジエチルアミノ）フェニル]アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス[４−（ジイソブチルアミノ）フェニル] −１，４−フェニレンジアミン、１，５−ジアミノナフタレン、１，８−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノフルオレン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，７−ジアミノフルオレンなどが挙げられる。
【００８２】
化合物（ａ）は、アリーレンジアミン構造またはヘテロアリーレンジアミン構造を有することがより好ましい。すなわち、共役系に一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基が結合した構造中に、アリーレンジアミン構造またはヘテロアリーレンジアミン構造に由来する構造が含まれていることがより好ましい。ここで、アリーレンジアミン構造またはヘテロアリーレンジアミン構造に由来する構造が含まれているとは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基にアミノ基由来の窒素原子が結合した構造が、共役系に一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基が結合した構造中に、認められることをいう。上記構造では共役系のπ軌道の電子密度がより高く、該化合物とＣＮＴとの電子的な相互作用がより強くなると考えられる。アリーレンジアミン構造とは、アリーレン基に２つのアミノ基が直接置換している構造であり、ヘテロアリーレンジアミン構造とは、ヘテロアリーレン基に２つのアミノ基が直接置換している構造である。
【００８３】
この場合の化合物（ａ）としては、例えば、１，２−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、２，３，５，６−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，４−フェニレンジアミン、１，４−ジ（ピロリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジ（ピペリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジモルホリノベンゼン、Ｎ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、ベンジジン、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン、４−（ピロリジン−１−イル）アニリン、４−（４−メチルピペリジン−１−イル）アニリン、２，４−ジピペリジン−１−イル−フェニルアミン、トリス[４−（ジエチルアミノ）フェニル]アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス[４−（ジイソブチルアミノ）フェニル] −１，４−フェニレンジアミン、１，５−ジアミノナフタレン、１，８−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノフルオレン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，７−ジアミノフルオレンなどが挙げられる。より好ましくは、１，２−フェニレンジアミンまたは１，４−フェニレンジアミン構造を有することであり、さらに好ましくは、１，４−フェニレンジアミン構造を有することである。
【００８４】
また、化合物（ａ）に含まれる一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基の全てが第三級アミン構造であることがより好ましい。この場合、一般式（１）および一般式（２）中の窒素原子には水素原子が結合していないことになるため、第１級アミンや第２級アミンの場合に生じうる水素原子の脱離によるアミン構造の不安定化が低減され、安定性が向上すると考えられる。
【００８５】
この場合の化合物（ａ）としては、例えば、テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，４−フェニレンジアミン、１，４−ジ（ピロリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジ（ピペリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジモルホリノベンゼン、Ｎ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジメチルフェナジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−４−（ピロリジン−１−イル）アニリン、トリス[４−（ジエチルアミノ）フェニル]アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス[４−（ジイソブチルアミノ）フェニル] −１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，７−ジアミノフルオレンなどが挙げられる。
【００８６】
また、化合物（ａ）中、炭素−炭素二重結合または１つの共役系に直接に結合する一般式（１）で表される基の少なくとも１つにおいて、Ｒ１およびＲ２がアルキル基およびシクロアルキル基からなる群から選ばれる構造である化合物であることがより好ましい。Ｒ１およびＲ２をアルキル基およびシクロアルキル基とすることで窒素原子の電子密度を高めることができ、それにより、１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系のπ軌道の電子密度がより高くなるため、該化合物とナノカーボンとの電子的な相互作用がより強くなると考えられる。
【００８７】
この場合の化合物（ａ）としては、例えば、テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン、４−（（２−ジメチルアミノ）ビニル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ’，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，４−フェニレンジアミン、１，４−ジ（ピロリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジ（ピペリジン−１−イル）ベンゼン、１，４−ジモルホリノベンゼン、Ｎ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン、４−（ピロリジン−１−イル）アニリン、４−（４−メチルピペリジン−１−イル）アニリン、２，４−ジピペリジン−１−イル−フェニルアミン、トリス[４−（ジエチルアミノ）フェニル]アミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス[４−（ジイソブチルアミノ）フェニル] −１，４−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，７−ジアミノフルオレンなどが挙げられる。
【００８８】
化合物（ａ）としてより好ましい構造としては、化合物（ａ）に含まれる一般式（１）で表される基の全てにおいて、Ｒ１およびＲ２がアルキル基またはシクロアルキル基から選ばれる構造であり、さらに好ましくは、化合物（ａ）に含まれる一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基の全てにおいてＲ１〜Ｒ４がアルキル基またはシクロアルキル基から選ばれる構造である。
【００８９】
第２絶縁層に化合物（ａ）とともに用いられる、ポリマー（以下、ポリマー（ｂ）ともいう）としては、例えば、ポリイミド、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【００９０】
ポリマー（ｂ）としては、中でも、炭素原子およびヘテロ原子を含有したポリマーを用いることが好ましい。化合物（ａ）とナノカーボンは電子的に相互作用するため、互いに部分的に電荷を帯びていると考えられる。前述の化合物とナノカーボンとの相互作用する周囲に極性を有するポリマー、つまり炭素原子およびヘテロ原子を含有するポリマーが存在することで、前述の化合物／ナノカーボン間の相互作用を安定化すると推定される。特に、ポリマー（ｂ）としては、エステル結合を有するポリマーであることが好ましい。好ましいポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニルや、ポリメチルメタクリレートやポリメチルアクリレートなどのエステル結合を有するアクリル樹脂などが挙げられる。中でも、ヘテロ原子に水素原子が結合した官能基の含有量の少ない樹脂が好ましい。ヘテロ原子に水素原子が結合した官能基としては、例えば、ヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシ基、スルホ基などが挙げられる。好ましい樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートやポリメチルアクリレートなどが挙げられる。
【００９１】
また、ポリマー（ｂ）の吸水率は０．５重量％以下であることが好ましい。前述の化合物（ａ）の一般式（１）および一般式（２）に存する窒素原子がポリマー中の水分によりプロトネーションされてしまうと、化合物（ａ）のπ軌道の電子密度は低くなり、該化合物とナノカーボンとの電子的な相互作用が弱くなってしまうと考えられる。ポリマー（ｂ）中の水分が少ない、つまりポリマーの吸水率が低い場合、そのような現象を避けられるため、安定なｎ型半導体特性を示すと推定される。ポリマー（ｂ）の吸水率は、より好ましくは０．３重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下である。
【００９２】
ポリマーの吸水率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０９  ２０００（プラスチック−吸水率の求め方）に基づき、２３℃の水中に試験片を１週間浸漬し、その質量変化を測定して算出する。
【００９３】
第２絶縁層中の化合物（ａ）やポリマー（ｂ）の分析方法としては、ｎ型半導体素子から第２絶縁層を構成する各成分を抽出するなどして得られたサンプルを核磁気共鳴（ＮＭＲ）などで分析する方法や、第２絶縁層をＸＰＳなどで分析する方法などが挙げられる。
【００９４】
第２絶縁層の膜厚は、５００ｎｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましく、３．０μｍ以上であることがさらに好ましく、１０μｍ以上であることが特に好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、より高いｎ型半導体特性を示す半導体素子へと転換でき、また、ｎ型ＴＦＴとしての特性の安定性が向上する。また、膜厚の上限としては、特に限定されるものではないが、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００９５】
第２絶縁層の膜厚は、第２絶縁層の断面を走査型電子顕微鏡により測定し、得られた像のうち、半導体層上に位置する第２絶縁層部分の中から無作為に選択した１０箇所の膜厚を算出し、その算術平均の値とする。
【００９６】
第２絶縁層は化合物（ａ）やポリマー（ｂ）以外に他の化合物を含有していてもよい。他の化合物としては、例えば、第２絶縁層を塗布で形成する場合における、溶液の粘度やレオロジーを調節するための増粘剤やチクソ剤などが挙げられる。
【００９７】
また、第２絶縁層は単層でも複数層でもよい。複数層である場合、少なくとも化合物（ａ）を含有する層が半導体層に接している限りにおいて、少なくとも一つの層が化合物（ａ）とポリマー（ｂ）とを含んでいてもよいし、化合物（ａ）とポリマー（ｂ）とがそれぞれ別々の層に含まれていてもよい。例えば、半導体層上に化合物（ａ）を含有する第１層が形成され、その上にポリマー（ｂ）を含有する第２層が形成された構成が挙げられる。
【００９８】
また、本発明においては、化合物（ａ）とポリマー（ポリマー（ｂ））とを含むことに代えて、ポリマー中に化合物（ａ）と同じ作用を奏する官能基を導入したポリマーを用いることができる。そのようなポリマーとしては、化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部（通常は、１個の水素原子（なお、２価の基として含むときは２個の水素原子））を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部（通常は、１個の水素原子（なお、２価の基として含むときは２個の水素原子））を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーを挙げることができる。なおここで、該ポリマーにあっても上記した化合物（ａ）における好ましい態様およびポリマー（ｂ）における好ましい態様を必要に応じて適用することが可能である。
【００９９】
（保護層）
本発明の実施の形態に係るｎ型半導体素子は、第２絶縁層上に、さらに保護層を有していてもよい。保護層の役割としては、擦れなどの物理ダメージや大気中の水分や酸素から半導体素子を保護することなどが挙げられる。
【０１００】
保護層の材料としては、例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリル、シクロオレフィンポリマー等の有機材料などが挙げられる。また、例えば、シリコンウエハ上にポリビニルフェノール膜を形成したものや、ポリエチレンテレフタレート上に酸化アルミニウム膜を形成したものなど、複数の材料が積層されたものであってもよい。
【０１０１】
本発明の実施の形態に係る半導体素子では、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ソース・ドレイン間電流）を、ゲート電圧を変化させることによって制御することができる。そして、半導体素子の移動度μ（ｃｍ２／Ｖ・ｓ）は、下記の（ａ）式を用いて算出することができる。
【０１０２】
μ＝（δＩｄ／δＶｇ）Ｌ・Ｄ／（Ｗ・εｒ・ε・Ｖｓｄ）      （ａ）
ただしＩｄはソース・ドレイン間電流（Ａ）、Ｖｓｄはソース・ドレイン間電圧（Ｖ）、Ｖｇはゲート電圧（Ｖ）、Ｄはゲート絶縁層の厚み（ｍ）、Ｌはチャネル長（ｍ）、Ｗはチャネル幅（ｍ）、εｒはゲート絶縁層の比誘電率（Ｆ／ｍ）、εは真空の誘電率（８．８５×１０−１２Ｆ／ｍ）、δは該当の物理量の変化量を示す。
【０１０３】
また、しきい値電圧は、Ｉｄ−Ｖｇグラフにおける線形部分の延長線とＶｇ軸との交点から求めることができる。
【０１０４】
ｎ型半導体素子は、ゲート電極にしきい値電圧以上の正の電圧が印加されることで、ソース−ドレイン間が導通して動作するものである。しきい値電圧の絶対値が小さく、移動度が高いものが、高機能な、特性の良いｎ型半導体素子である。
【０１０５】
（ｎ型半導体素子の製造方法）
本発明の実施の形態に係るｎ型半導体素子の製造には、種々の方法を用いることができ、その製造方法に特に制限はないが、上記第２絶縁層の構成成分および溶剤を含有する組成物を塗布する工程と、その塗膜を乾燥する工程とを含むことが好ましい。また、半導体層を塗布法により形成する工程を含むことが好ましい。半導体層を塗布法により形成するには、少なくとも、半導体層の構成成分および溶剤を含有する溶液を塗布する工程と、その塗膜を乾燥する工程とを含む。
【０１０６】
以下、図１に示す構造の半導体素子を製造する場合を例に挙げて、本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法を具体的に説明する。
【０１０７】
まず、図３Ａ（ａ）に示すように、絶縁性基材１の上にゲート電極２を形成する。ゲート電極２の形成方法としては、特に制限はなく、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、メッキ、化学気相成長法（ＣＶＤ）、イオンプレーティングコーティング、インクジェット、印刷などの、公知技術を用いた方法が挙げられる。また、電極の形成方法の別の例として、有機成分および導電体を含むペーストを、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法などの、公知の技術で、絶縁基板上に塗布し、オーブン、ホットプレート、赤外線などを用いて乾燥を行い、形成する方法などが挙げられる。
【０１０８】
また、電極パターンの形成方法としては、上記方法で作製した電極薄膜を、公知のフォトリソグラフィー法などで所望の形状にパターン形成してもよいし、あるいは、電極物質の蒸着やスパッタリング時に、所望の形状のマスクを介することで、パターンを形成してもよい。
【０１０９】
次に、図３Ａ（ｂ）に示すように、ゲート電極２の上にゲート絶縁層３を形成する。ゲート絶縁層３の作製方法は、特に制限はないが、例えば、絶縁層を形成する材料を含む組成物を基板に塗布し、乾燥することで得られたコーティング膜を、必要に応じ熱処理する方法が挙げられる。塗布方法としては、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などの公知の塗布方法が挙げられる。コーティング膜の熱処理の温度としては、１００℃〜３００℃の範囲にあることが好ましい。
【０１１０】
次に、図３Ａ（ｃ）に示すように、ゲート絶縁層３の上部に、ソース電極５およびドレイン電極６を、同一の材料を用いて、前述の方法で同時に形成する。この形成方法としては、ゲート電極の形成方法と同様の方法が用いられる。
【０１１１】
次に、図３Ａ（ｄ）に示すように、ソース電極５とドレイン電極６との間に、半導体層４を形成する。半導体層４の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤなど、乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から、塗布法を用いることが好ましい。具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などを好ましく用いることができる。これらの中から、塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択することが好ましい。また、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下または窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、アニーリング処理を行ってもよい。
【０１１２】
次に、図３Ａ（ｅ）に示すように、半導体層４を覆うように、第２絶縁層８を形成する。第２絶縁層８の形成方法としては、特に限定されず、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、ラミネート、スパッタリング、ＣＶＤなどの方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。塗布法では、第２絶縁層の構成成分である化合物（ａ）およびポリマーならびに溶剤を含有する組成物、または、化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーならびに溶剤を含有する組成物、を塗布する工程と、その塗膜を乾燥する工程とを少なくとも含む。
【０１１３】
塗布方法としては、具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、ドロップキャスト法などを好ましく用いることができる。これらの中から、塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択することが好ましい。
【０１１４】
塗布法を用いて第２絶縁層を形成するに際して、第２絶縁層が含有するポリマーを溶解させる溶媒としては、特に制限されないが、有機溶媒が好ましい。溶媒の具体例としては、例えば、エチレングリゴールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノｔ−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル等のエーテル類；エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、３−メトキシブチルアセテート、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等のエステル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、２−ヘプタノン、γ―ブチロラクトン等のケトン類；ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、３−メチル−３−メトキシブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；ヘキサン、デカヒドロナフタレン等の炭化水素類が挙げられる。
【０１１５】
溶媒として、これらを２種以上用いてもよい。中でも、１気圧における沸点が１１０℃〜２５０℃の溶媒を含有することが好ましい。溶媒の沸点が１１０℃以上であれば、溶液塗布時に溶剤の揮発が抑制されて、塗布性が良好となる。溶媒の沸点が２５０℃以下であれば、絶縁膜中に残存する溶剤が少なくなり、より良好な耐熱性や耐薬品性を有する第２絶縁層が得られる。
【０１１６】
また、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下または窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でアニーリング処理や熱風乾燥を行ってもよい。具体的には例えば、アニーリングの条件としては、５０℃〜１５０℃、３分〜３０分、窒素雰囲気下が挙げられる。このような乾燥工程により、塗膜の乾燥が不十分である場合に、しっかり乾燥させることができる。
【０１１７】
必要に応じ、図３Ｂ（ｆ）に示すように、第２絶縁層を覆うように、保護層９を形成してもよい。
【０１１８】
＜無線通信装置＞
次に、上記ｎ型半導体素子を有する、本発明の実施の形態に係る無線通信装置について説明する。この無線通信装置は、例えば、ＲＦＩＤタグのような、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受信し、また、信号を送信することで、電気通信を行う装置である。
【０１１９】
具体的な動作は、例えば、リーダ／ライタに搭載されたアンテナから送信された無線信号を、ＲＦＩＤタグのアンテナが受信する。そして、その信号に応じて生じた交流電流が、整流回路により直流電流に変換され、ＲＦＩＤタグが起電する。次に、起電されたＲＦＩＤタグは、無線信号からコマンドを受信し、コマンドに応じた動作を行う。その後、コマンドに応じた結果の回答を、ＲＦＩＤタグのアンテナからリーダ／ライタのアンテナへ、無線信号として送信する。なお、コマンドに応じた動作は、少なくとも、公知の復調回路、動作制御ロジック回路、変調回路で行われる。
【０１２０】
本発明の実施の形態に係る無線通信装置は、上述のｎ型半導体素子と、アンテナと、を少なくとも有するものである。本発明の実施の形態に係る無線通信装置の、より具体的な構成としては、例えば、図４に示すようなものが挙げられる。これは、アンテナ５０で受信した外部からの変調波信号の整流を行い各部に電源を供給する電源生成部と、上記変調波信号を復調して制御回路へ送る復調回路と、制御回路から送られたデータを変調してアンテナに送り出す変調回路と、復調回路で復調されたデータの記憶回路への書込み、および／または記憶回路からデータを読み出して変調回路への送信を行う制御回路と、で構成され、各回路部が電気的に接続されている。
【０１２１】
上記復調回路、制御回路、変調回路、記憶回路は上述のｎ型半導体素子を含み、さらにコンデンサ、抵抗素子、ダイオードを含んでいても良い。上記電源生成部は、コンデンサと、ダイオードとから構成される。
【０１２２】
アンテナ、コンデンサ、抵抗素子、ダイオードは、一般的に使用されるものであればよく、用いられる材料、形状は特に限定はされない。また、上記の各構成要素を電気的に接続する材料も、一般的に使用されうる導電材料であればいかなるものでもよい。各構成要素の接続方法も、電気的に導通を取ることができれば、いかなる方法でもよい。各構成要素の接続部の幅や厚みは、任意である。
【０１２３】
＜商品タグ＞
次に、本発明の実施の形態に係る無線通信装置を含有する商品タグについて説明する。この商品タグは、例えば基体と、この基体によって被覆された上記無線通信装置とを有している。
【０１２４】
基体は、例えば、平板状に形成された、紙などの非金属材料によって形成されている。例えば、基体は、２枚の平板状の紙を貼り合わせた構造をしており、この２枚の紙の間に、上記無線通信装置が配置されている。上記無線記憶装置の記憶回路に、例えば、商品を個体識別する個体識別情報が予め格納されている。
【０１２５】
この商品タグと、リーダ／ライタとの間で、無線通信を行う。リーダ／ライタとは、無線により、商品タグに対するデータの読み取りおよび書き込みを行う装置である。リーダ／ライタは、商品の流通過程や決済時に、商品タグとの間でデータのやり取りを行う。リーダ／ライタには、例えば、携帯型のものや、レジに設置される固定型のものがある。本発明の実施の形態に係る商品タグに対しては、リーダ／ライタは公知のものが利用できる。
【０１２６】
本発明の実施の形態に係る商品タグは、識別情報返信機能を備えている。これは、商品タグが、所定のリーダ／ライタから、個体識別情報の送信を要求するコマンドを受けたときに、自身が記憶している個体識別情報を無線により返信する機能である。リーダ／ライタからの１度のコマンドで、多数の商品タグから、各タグの個体識別情報が送信される。この機能により、例えば、商品の精算レジにおいて、非接触で多数の商品を同時に識別することが可能となる。それゆえ、バーコードでの識別と比較して、決済処理の容易化や迅速化を図ることができる。
【０１２７】
また、例えば、商品の会計の際に、リーダ／ライタが、商品タグから読み取った商品情報をＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓａｌｅ ｓｙｓｔｅｍ、販売時点情報管理）端末に送信することが可能である。この機能により、ＰＯＳ端末において、その商品情報によって特定される商品の販売登録をすることもできるため、在庫管理の容易化や迅速化を図ることができる。
【実施例】
【０１２８】
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。【０１２９】
ポリマーの分子量は、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。【０１３０】
ポリマーの吸水率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０９  ２０００（プラスチック−吸水率の求め方）に基づき、２３℃の水中にペレット状のサンプル１０ｇを１週間浸漬し、その質量変化量を元の質量の百分率として算出した。【０１３１】
半導体溶液の作製例１；半導体溶液Ａ
国際公開第２０１７／１３０８３６号の「半導体溶液の作製例２」に記載されたとおりにして、化合物［６０］を式１に示すステップで合成した。【０１３２】
【化６】
0006841380.tif 000007
【０１３３】
化合物［６０］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４３６７、数平均分子量は３４７５、重合度ｎは３．１であった。【０１３４】
化合物［６０］２．０ｍｇのクロロホルム１０ｍＬ溶液に、ＣＮＴ１（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、純度９５％）を１．０ｍｇ加え、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２０％で４時間超音波撹拌し、ＣＮＴ分散液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．９６ｇ／Ｌ）を得た。【０１３５】
次に、半導体層を形成するための半導体溶液の作製を行った。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Ａのろ過を行い、長さ１０μｍ以上のＣＮＴ複合体を除去した。得られた濾液に、オルトジクロロベンゼン（ｏ−ＤＣＢ。和光純薬工業（株）製）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Ｂを得た。ＣＮＴ分散液Ｂの１ｍＬに、３ｍＬのｏ−ＤＣＢを加え、半導体溶液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０３ｇ／Ｌ）とした。【０１３６】
組成物の作製例１；ゲート絶縁層溶液Ａ
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重量％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。【０１３７】
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Ｄ  １００重量部に対して２０重量部であった。【０１３８】
組成物の作製例２；第２絶縁層作製用の溶液Ａ
ポリメチルメタクリレート（富士フィルム和光純薬株式会社製）２．５ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド７．５ｇに溶解し、ポリマー溶液Ａを調製した。次に、１，４−フェニレンジアミン（東京化成工業株式会社製）１ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド９．０ｇに溶解し、化合物溶液Ａを調製した。ポリマー溶液Ａ０．６８ｇに化合物溶液Ａ０．３０ｇを添加し、第２絶縁層作製用の溶液Ａを得た。【０１３９】
組成物の作製例３；第２絶縁層作製用の溶液Ｂ
１，４−フェニレンジアミンの代わりに３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｂを得た。【０１４０】
組成物の作製例４；第２絶縁層作製用の溶液Ｃ
１，４−フェニレンジアミンの代わりにＮ，Ｎ−ジメチル−１，４−フェニレンジアミン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｃを得た。【０１４１】
組成物の作製例５；第２絶縁層作製用の溶液Ｄ
１，４−フェニレンジアミンの代わりに５，１０−ジヒドロ−５，１０−ジメチルフェナジン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｄを得た。【０１４２】
組成物の作製例６；第２絶縁層作製用の溶液Ｅ
１，４−フェニレンジアミンの代わりに４−（（２−ジメチルアミノ）ビニル）―Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンを用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｅを得た。【０１４３】
組成物の作製例７；第２絶縁層作製用の溶液Ｆ
１，４−フェニレンジアミンの代わりにＮ，Ｎ−ビス（メトキシメチル）−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−１，４−フェニレンジアミンを用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｆを得た。【０１４４】
組成物の作製例８；第２絶縁層作製用の溶液Ｇ
１，４−フェニレンジアミンの代わりにＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｇを得た。【０１４５】
組成物の作製例９；第２絶縁層作製用の溶液Ｈ
１，４−フェニレンジアミンの代わりにＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン（富士フィルム和光純薬株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｈを得た。【０１４６】
組成物の作製例１０；第２絶縁層作製用の溶液Ｉ
ポリメチルメタクリレートの代わりにポリスチレン（富士フィルム和光純薬株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例９と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｉを得た。【０１４７】
組成物の作製例１１；第２絶縁層作製用の溶液Ｊ
シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）２．５ｇをデカヒドロナフタレン（富士フィルム和光純薬株式会社製）７．５ｇに溶解し、ポリマー溶液Ｂを調製した。次に、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン１ｇをトルエン（富士フィルム和光純薬株式会社製）９．０ｇに溶解し、化合物溶液Ｂを調製した。ポリマー溶液Ｂ０．６８ｇに化合物溶液Ｂ０．３０ｇを添加し、第２絶縁層作製用の溶液Ｊを得た。【０１４８】
組成物の作製例１２；第２絶縁層作製用の溶液Ｋ
ポリメチルメタクリレートの代わりにエステル基含有オレフィン樹脂（ＪＳＲ株式会社製、ＡｒｔｏｎＦ４５２０）を用いたこと以外は組成物の作製例９と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｋを得た。【０１４９】
組成物の作製例１３；第２絶縁層作製用の溶液Ｌ
１，４−フェニレンジアミンの代わりにアニリン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｌを得た。【０１５０】
組成物の作製例１４；第２絶縁層作製用の溶液Ｍ
１，４−フェニレンジアミンの代わりに４’−アミノアセトアニリド（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｍを得た。【０１５１】
組成物の作製例１５；第２絶縁層作製用の溶液Ｎ
１，４−フェニレンジアミンの代わりに４，４’−ビス（ジメチルアミノ）トリフェニルメタン（東京化成工業株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例２と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｎを得た。【０１５２】
組成物の作製例１６；第２絶縁層作製用の溶液Ｏ
ポリメチルメタクリレート２．５ｇをトルエン７．５ｇに溶解し、ポリマー溶液Ｃを調製した。次に、４，４‘−ビス（ジフェニルアミノ）ビフェニル（東京化成工業株式会社製）０．０６０ｇをクロロホルム（富士フィルム和光純薬株式会社製）０．９４ｇに溶解し、化合物溶液Ｃを調製した。ポリマー溶液Ｃ０．６８ｇに化合物溶液Ｃ０．５０ｇを添加し、第２絶縁層作製用の溶液Ｏを得た。【０１５３】
組成物の作製例１７；第２絶縁層作製用の溶液Ｐ
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−フェニレンジアミン１．５ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド８．５ｇに溶解し、第２絶縁層作製用の溶液Ｐを得た。【０１５４】
組成物の作製例１８；第２絶縁層作製用の溶液Ｑ
ポリメチルメタクリレートの代わりにポリスチレン（富士フィルム和光純薬株式会社製）を用いたこと以外は組成物の作製例１３と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｑを得た。【０１５５】
組成物の作製例１９；第２絶縁層作製用の溶液Ｒ
ポリ酢酸ビニル（富士フィルム和光純薬株式会社製）５ｇをメタノール４５ｇに溶解し、１Ｍ  水酸化ナトリウム水溶液０．４１ｍＬを加え、３０℃で５０分攪拌した。得られた溶液を２．７ｍＭ酢酸１５０ｍＬに加え、沈殿物をろ集した。得られた沈殿物を水でよく洗浄し、乾燥し、ポリマーＲ（一部けん化したポリ酢酸ビニル）を得た。ポリメチルメタクリレートの代わりにポリマーＲを用いたこと以外は組成物の作製例９と同様にして、第２絶縁層作製用の溶液Ｒを得た。【０１５６】
実施例１
図１に示す構成の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、上記半導体溶液Ａを１μＬ滴下し、３０℃で１０分風乾した後、ホットプレート上で、窒素気流下、１５０℃で３０分の熱処理を行い、半導体層４を形成した。次に、第２絶縁層作製用の溶液Ａ５μＬを、半導体層４上に、半導体層４を覆うように滴下し、窒素気流下、１１０℃で３０分熱処理して、第２絶縁層８を形成した。こうして、ｎ型半導体素子を得た。この半導体素子のソース・ドレイン電極の幅（チャネル幅）は２００μｍ、ソース・ドレイン電極の間隔（チャネル長）は２０μｍとした。【０１５７】
次に、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式会社製）を用い、大気中で測定した。Ｖｇ＝＋３０Ｖ〜−３０Ｖ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。また、この半導体素子を大気下にて５００時間保管した後、同様にして、移動度を求めた。結果を表１に示す。【０１５８】
実施例２
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｂを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１５９】
実施例３
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｃを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６０】
実施例４
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｄを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６１】
実施例５
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｅを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６２】
実施例６
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｆを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６３】
実施例７
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６４】
実施例８
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｈを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６５】
実施例９
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｉを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６６】
実施例１０
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｊを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６７】
実施例１１
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｋを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６８】
実施例１２
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｒを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。【０１６９】
比較例１
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｌを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。良好なｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７０】
比較例２
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｍを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。良好なｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７１】
比較例３
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｎを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。良好なｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７２】
比較例４
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｏを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。良好なｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７３】
比較例５
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｐを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。ｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７４】
比較例６
第２絶縁層作製用の溶液Ａの代わりに第２絶縁層作製用の溶液Ｑを用いたこと以外は実施例１と同様にして、半導体素子を作製し、移動度を評価した。良好なｎ型半導体特性が得られなかった。【０１７５】
【表１】
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【符号の説明】
【０１７６】
１  基材
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  ナノカーボン
８  第２絶縁層
９  保護層
５０  アンテナ
【要約】
本発明は、高いｎ型半導体特性を有し、安定性に優れたｎ型半導体素子を、簡便なプロセスで提供することを課題として、基材と、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極と、前記ソース電極およびドレイン電極と接する半導体層と、前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、前記半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記半導体層と接する第２絶縁層と、を備えたｎ型半導体素子であって、前記半導体層がナノカーボンを含有し、前記第２絶縁層が、
Ａ．（ａ）１つの炭素−炭素二重結合または１つの共役系に、一般式（１）で表される基および一般式（２）で表される基がそれぞれ少なくとも１つ以上結合した構造を有する化合物と、
（ｂ）ポリマーとを含有する、または、
Ｂ．化合物（ａ）のＲ１、Ｒ２、Ｒ３若しくはＲ４から水素原子の一部を除いた残りの基または化合物（ａ）の炭素−炭素二重結合若しくは共役系から水素原子の一部を除いた残りの基をその分子構造中に含むポリマーを含有する、
ことを特徴とする、ｎ型半導体素子とする。
【化１】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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