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公開番号2025037798
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2024118397
出願日2024-07-24
発明の名称カーボンナノチューブ複合体、それを用いた半導体素子およびその製造方法、回路、無線通信装置、薄膜トランジスタアレイおよびセンサ
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H10K 85/20 20230101AFI20250311BHJP()
要約【課題】高いn型半導体特性を実現できるカーボンナノチューブ複合体および半導体素子を提供すること。
【解決手段】カーボンナノチューブの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブ複合体であって、前記共役系重合体が一般式(1)または(2)で表される繰り返し構造単位を有することを特徴とする、カーボンナノチューブ複合体。
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(式中、Xは、アルキル基等の置換基を有するベンゼン環を示す。A¹は、6員環以上のアリーレン基または6員環以上のヘテロアリーレン基を示し、かつ、Xとは異なる構造を示す。A²は、6員環以上のアリーレン基または6員環以上のヘテロアリーレン基を示す。Bは、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を示す。mは、1～20の整数を示す。)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
カーボンナノチューブの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブ複合体であって、前記共役系重合体が下記一般式（１）または（２）で表される繰り返し構造単位を有することを特徴とする、カーボンナノチューブ複合体。
TIFF
2025037798000013.tif
18
170
TIFF
2025037798000014.tif
19
170
（一般式（１）中、Ｘは、一般式（３）で表される構造を示す。Ａ
１
は、６員環以上のアリーレン基または６員環以上のヘテロアリーレン基を示し、かつ、Ｘとは異なる構造を示す。一般式（２）中、Ｘは、一般式（３）で表される構造を示す。Ａ
２
は、６員環以上のアリーレン基または６員環以上のヘテロアリーレン基を示す。Ｂは、エテニレン基、エチニレン基、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を示す。ｍは、１～２０の整数を示す。Ｂが２個以上存在するとき、各Ｂは、同じでも互いに異なっていてもよい。Ａ
２
とＢは、同じでも互いに異なっていてもよい。）
TIFF
2025037798000015.tif
36
170
（一般式（３）中、Ｒ
１
は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、ヘテロアリールスルファニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ホルミル基、カルバモイル基、アミノ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロアリールカルボニル基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、ヘテロアリールカルボニルオキシ基またはシリル基を示す。
Ｒ
２
～Ｒ
４
は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、ヘテロアリールスルファニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ホルミル基、カルバモイル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、ニトロソ基、チオニトロソ基、イミノ基、スルフィルイミノ基、アゾ基、ジアゾ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロアリールカルボニル基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、ヘテロアリールカルボニルオキシ基またはシリル基を示す。
Ｒ
１
～Ｒ
４
は、同じでも互いに異なっていてもよい。Ｒ
３
およびＲ
４
によって環構造が形成されてもよい。）
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記Ｒ
１
が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルスルファニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ホルミル基、カルバモイル基、アミノ基、アルキルカルボニル基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基またはシリル基である、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合体。
【請求項３】
前記Ｒ
１
が、炭素数が３以下のアルキル基、炭素数が３以下のアルケニル基、炭素数が３以下のアルキニル基、炭素数が２以下のアルコキシ基、炭素数が２以下のアルキルスルファニル基またはハロゲン原子である、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合体。
【請求項４】
前記Ｒ
３
が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、ヘテロアリールスルファニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ホルミル基、カルバモイル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、ニトロソ基、チオニトロソ基、イミノ基、スルフィルイミノ基、アゾ基、ジアゾ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロアリールカルボニル基、カルボキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、ヘテロアリールカルボニルオキシ基またはシリル基である、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合体。
【請求項５】
前記Ｒ
３
およびＲ
４
によって環構造が形成される、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合体。
【請求項６】
前記環構造が芳香環または複素芳香環である、請求項５に記載のカーボンナノチューブ複合体。
【請求項７】
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、を備えた半導体素子であって、前記半導体層が、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合体を含有することを特徴とする、半導体素子。
【請求項８】
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絶縁層を備えた、請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第２絶縁層が電子供与性化合物を含有する、請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１０】
請求項７～９のいずれかに記載の半導体素子の製造方法であって、前記半導体層を塗布法により形成する工程を含む、半導体素子の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ複合体、それを用いた半導体素子およびその製造方法、回路、無線通信装置、薄膜トランジスタアレイおよびセンサに関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、低コスト、大面積、フレキシブル、ベンダブルな電子デバイスの実現を目指して、インクジェット技術やスクリーン印刷などの塗布技術が適用できる、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やグラフェン、有機半導体を半導体層に用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が盛んに検討されている。電子デバイスとしては、例えば、ディスプレイ、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信装置、センサなどが挙げられ、それらのＩＣチップ内の論理回路やセンサ部などにＦＥＴが使用される。
【０００３】
ＦＥＴは、その役割に応じてｐ型およびｎ型に作り分ける必要や、そのバランスを取るためにトランジスタ特性を調整する必要がある。例えば、ＩＣチップ内の論理回路は、その消費電力の抑制などのため、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。
【０００４】
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、側鎖の一部に特定の官能基を有するポリマーを含有する第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】
【０００５】
国際公開第２０１７／１３０８３６号
国際公開第２０１９／０９７９７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
論理回路の重要な特性として、動作速度が挙げられ、動作速度が高いほど情報処理の速度が速く、優れたデバイスとなる。動作速度の向上には、ＣＮＴ－ＦＥＴの特性向上、特に移動度の向上が重要である。特許文献１、２に記載の技術では、ｎ型半導体素子の移動度に関する開示はあるものの、さらなる高移動度化へは改善の余地があった。
【０００７】
そこで本発明は、高いｎ型半導体特性を実現できるカーボンナノチューブ複合体および半導体素子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】
【０００８】
すなわち本発明は、以下の構成をとる。
［１］カーボンナノチューブの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブ複合体であって、前記共役系重合体が下記一般式（１）または（２）で表される繰り返し構造単位を有することを特徴とする、カーボンナノチューブ複合体。
【０００９】
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2025037798000001.tif
21
170
【００１０】
TIFF
2025037798000002.tif
20
170
（【００１１】以降は省略されています）

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