JP6002158B2 - 半導体材料とストレージデバイス - Google Patents

Description

本発明は、導電有機材料に関し、より具体的には、半導体有機材料に関する。

半導体は、長い間、シリコンから形成されていた。シリコン系半導体は、半導体を製造するために必要とされる複雑な製造方法、柔軟性の欠如、及び高コストにより限定されている。そのため、改良された半導体のニーズが存在する。

１又は複数の絶縁体ポリマーと１又は複数のイオン液体とから形成される半導体材料が開示される。半導体材料は、１又は複数の絶縁体ポリマーに１又は複数のイオン液体を添加することによって合成され得る。半導体材料は、センサ、ストレージデバイスを含むが、これに限定されない、多様な異なるアプリケーションに使用され得る。

半導体材料は、１又は複数の絶縁体ポリマーと、１又は複数のイオン液体とから形成され得る。イオン液体は、１又は複数のカチオン部と、１又は複数のアニオン部とを含み得る。イオン液体は、１，３−ジアルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３−ジアルキルイミダゾリウムブロミド、１，３−ジアルキルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホンイミド、１−アルキル−３−アラルキル−イミダゾリウム、並びに、限定されるものではないが、グリセロール、キシリトール、ソルビトール、及びコリンクロリド等の天然の再生可能な組成源から得られたイオン液体の１又は複数を含み得るが、これに限定されない。絶縁体ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール、エチルセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、非ペプチドポリアミン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアルケン、ポリビニルエーテル、ポリグリコリド、セルロースエーテル、ポリハロゲン化ビニル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ酸無水物、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン、エチルセルロース、ポリ（ε−カプロラクトン)、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸）、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸−コ−グリコール酸）、これらの共重合体、及びこれらの混合物の１又は複数であるが、これに限定されない。半導体材料は、絶縁体ポリマーとイオン液体の均質な混合物であってもよい。少なくとも１つの実施形態において、絶縁体ポリマーは、２以上の絶縁体ポリマーから形成されてもよい。同様に、イオン液体は、２以上のイオン液体から形成されてもよい。他の実施形態において、絶縁体ポリマー及びイオン液体はフィルムを形成し得る。フィルムは所定の厚さを有してもよい。半導体材料は、絶縁体ポリマーとイオン液体とから形成され、制御された温度で制御可能な厚さに押し出され得る。他の実施形態において、絶縁体ポリマー及びイオン液体から形成された半導体材料は、１又は複数の繊維状のものを形成してもよい。半導体材料は、最高で１０重量％のイオン液体と、残部のポリマーとから形成されてもよく、特に、０~５重量％のイオン液体と、残部のポリマーとから形成されてもよい。

半導体材料は、一例を挙げれば、１又は複数のストレージデバイスを形成するために使用され得る。ストレージデバイスは、データを記憶するように構成され、第１面上の第１絶縁層と第１面と略反対側にある第２面上の第２絶縁層との間に配置された１又は複数の導電層と、第１絶縁層の外面に結合した半導体フィルム層とから形成され得る。導電層は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、酸化亜鉛、又は金であるが、これに限定されない。半導体フィルム層は、ポリ酢酸ビニルで少なくとも部分的に形成され得る。第１絶縁層は、有機材料から形成されてもよい。特に、第１絶縁層は、有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されてもよい。第２絶縁層は、有機材料から形成されてもよい。特に、第２絶縁層は、有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されてもよい。第１電極は半導体フィルム層の外面に接続され、第２電極は第２絶縁層の外面に接続されてもよい。第１電極及び第２電極は、アルミニウム等の任意の導電性材料から形成され得るが、これに限定されるものはない。

本発明の利点は、前記半導体材料の使用が、制限の多いシリコン半導体の使用の必要性をなくし、安価で、柔軟性があり、伸縮可能な有機デバイスを製造できる有機半導体をより多くするということである。

２つのイオン液体、すなわちグリセロール及びソルビトールが添加され、絶縁体ポリマーとイオン液体の混合に応じた抵抗の調整レベルを示す、本発明の２つの異なる絶縁体ポリマーの実施例のグラフ。 半導体材料から形成されたストレージデバイスの概略斜視図。 ストレージデバイスのヒステリシス曲線を示す図。

上記及び他の実施形態は、以下により詳しく説明される。

出願書類に組み込まれ、出願書類の一部を形成する添付図面は、開示した本発明の実施形態を説明し、そして、明細書の記載とともに本発明の原理を開示する。

図１〜図３に示されるように、１又は複数の絶縁体ポリマーと、１又は複数のイオン液体とから形成された半導体材料１０が開示される。半導体材料１０は、１又は複数の絶縁体ポリマーに１又は複数のイオン液体を添加することによって合成され得る。半導体材料１０は、センサ、ストレージデバイスを含むが、これに限定されない、多様な異なるアプリケーションに使用され得る。

少なくとも１つの実施形態において、イオン液体は、１又は複数のカチオン部と、１又は複数のアニオン部とを含み得る。イオン液体は、

のコア構造を有するイオン材料、１，３−ジアルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３−ジアルキルイミダゾリウムブロミド、１，３−ジアルキルイミダゾリウムビストリフルオロメタンスルホンイミド、１−アルキル−３−アラルキル−イミダゾリウム、限定されるものではないが、グリセロール、キシリトール、ソルビトール、及びコリンクロリド等の天然の再生可能な組成源から得られたイオン液体、及び、

のコア構造を有する材料の１又は複数であるが、これに限定されない。

他の実施形態において、イオン液体は、藻類油のエステル交換反応中に形成されたグリセロールであってもよい。絶縁体ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール、エチルセルロース、ポリオレフィン、ポリエステル、非ペプチドポリアミン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアルケン、ポリビニルエーテル、ポリグリコリド、セルロースエーテル、ポリハロゲン化ビニル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ酸無水物、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン、エチルセルロース、ポリ（ε−カプロラクトン)、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸）、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸−コ−グリコール酸）、これらの共重合体及び混合物の１又は複数であるが、これに限定されない。一の実施形態において、半導体材料は、絶縁体ポリマーとイオン液体の均質な混合物であってもよい。一の実施形態において、絶縁体ポリマーは２以上の絶縁体ポリマーから形成され得る。同様に、イオン液体は２以上のイオン液体から形成され得る。

組み合された絶縁体ポリマーとイオン液体は、フィルム１２を形成し得る。フィルム１２は、所定の厚さを有してもよい。半導体材料１０は、制御された温度で制御可能な厚さに押し出された、１又は複数の絶縁体ポリマーと、１又は複数のイオン液体とから形成され得る。半導体材料１０は、１又は複数の絶縁体ポリマーと、１又は複数のイオン液体とから、１又は複数の繊維状のものを形成してもよい。半導体材料１０は、１又は複数の絶縁体ポリマーに１又は複数のイオン液体を添加することによって合成され得、その作用は、図１及び図３に表される。

半導体材料１０は、最高で１０重量％のイオン液体と残部のポリマーとから形成されてもよく、特に、０~５重量％のイオン液体と残部のポリマーとから形成されてもよい。
イオン液体は、水又は有機溶媒に絶縁体ポリマーを溶解し、混合物に１又は複数のイオン液体を添加することにより、絶縁体ポリマーに添加される。混合物は、１〜３０分間、撹拌される。他の実施形態において、１又は複数のイオン液体は、１又は複数の溶融した絶縁体ポリマーに混合されてもよい。イオン液体は、溶融したポリマーに添加され、溶融物をフィルムに成形されてもよい。絶縁体ポリマーに添加されるイオン液体の割合は、半導体に要求される伝導率ニーズのレベルによって決まる。例えば、ＰＶＡ／ＰＡＡと０．１グリセロールの混合物は高伝導率をもたらす。

半導体材料１０は、図２示されるように、少なくとも１の実施例において、データを記憶できるストレージデバイス１４を形成することに使用され得る。ストレージデバイス１４は、第１面２０上の第１絶縁層１８と、第１面２０と略反対側にある第２面２４上の第２絶縁層２２との間に配置された導電層１６から形成され得る。導電層１６は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、酸化亜鉛、又は金であるが、これに限定されない。ストレージデバイス１４はまた、第１絶縁層１８の外面３０に結合された半導体フィルム層２８を含んでもよい。半導体フィルム層２８は、柔軟性があり、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）で少なくとも部分的に形成されてもよい。半導体フィルム層２８は、ストレージデバイスに配置され、半導体層として機能する。第１絶縁層１８は、有機材料から形成されてもよい。少なくとも１つの実施形態において、第１絶縁層１８は、有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されてもよい。第２絶縁層２２は、有機材料から形成されてもよい。少なくとも１つの実施形態において、第２絶縁層２２は、有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されてもよい。

ストレージデバイス１４は、半導体フィルム層２８の外面３４に接続した第１電極３２と、第２絶縁層２２の外面３８に接続した第２電極３６とを備えてもよい。第１電極３２及び第２電極３６は、アルミニウムなどの導電性材料で形成されるが、これに限定されない。上述のように、ストレージデバイス１４は、第１電極３２と、第１絶縁層１８と、導電層１６と、第２絶縁層２２と、半導体フィルム層２８と、第２電極３６とから形成され得る。

半導体材料１０から形成されたストレージデバイス１４は、２Ｖ未満で、読み又は書き、あるいは読み書きを行うために機能することにより、論理操作電圧と適合できる。

上記は、本発明の実施形態を明らかにし、説明し、そして表現することを目的として与えたものである。これらの実施形態の改変及び適応は、当業者であれば明らかであり、本発明の範囲及び本質から逸脱することなく行うことが可能である。

Claims (17)

1. 少なくとも２つの絶縁体ポリマーと、少なくとも１つのイオン液体とを含む半導体材料であって、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマーは、ポリアクリル酸、エチルセルロース、非ペプチドポリアミン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、ポリグリコリド、セルロースエーテル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ酸無水物、エチルセルロース、ポリ（ε−カプロラクトン)、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸）、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸−コ−グリコール酸）、及びこれらの共重合体からなる群から選択され、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマーと前記少なくとも１つのイオン液体との均質な混合物であることを特徴とする半導体材料。
2. 少なくとも２つの絶縁体ポリマーと、少なくとも１つのイオン液体とを含む半導体材料であって、
   前記少なくとも１つのイオン液体は、１−アルキル−３−アラルキル−イミダゾリウム、グリセロール、キシリトール、ソルビトール、コリンクロリド、及び、藻類油のエステル交換反応中に形成されたグリセロールからなる群から選択され、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマーと前記少なくとも１つのイオン液体との均質な混合物であることを特徴とする半導体材料。
3. 請求項２記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマーは、ポリアクリル酸、エチルセルロース、非ペプチドポリアミン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、ポリグリコリド、セルロースエーテル、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ酸無水物、エチルセルロース、ポリ（ε−カプロラクトン)、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸）、ポリ（ｄ，ｌ−乳酸−コ−グリコール酸）、及びこれらの共重合体からなる群から選択されることを特徴とする半導体材料。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも１つのイオン液体は少なくとも２つのイオン液体を含むことを特徴とする半導体材料。
5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマー及び前記少なくとも１つのイオン液体はフィルムを形成することを特徴とする半導体材料。
6. 請求項５記載の半導体材料であって、
   前記フィルムは所定の厚さであることを特徴とする半導体材料。
7. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも２つの絶縁体ポリマー及び前記少なくとも１つのイオン液体とから形成された前記半導体材料が、少なくとも１つの繊維状のものを形成することを特徴とする半導体材料。
8. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも１つのイオン液体は、前記半導体材料中に最高で１０重量％含むことを特徴とする半導体材料。
9. 請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体材料であって、
   前記少なくとも１つのイオン液体は、前記半導体材料中に最高で５重量％含むことを特徴とする半導体材料。
10. 第１面上の第１絶縁層と、前記第１面と反対側にある第２面上の第２絶縁層との間に配置された導電層から形成される少なくとも１つのデバイスと、
    前記第１絶縁層の外面に結合した半導体フィルム層とを備え、
    前記半導体フィルム層は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体材料から形成されることを特徴とするストレージデバイス。
11. 請求項１０記載のストレージデバイスであって、
    前記半導体フィルム層は、ポリ酢酸ビニルで少なくとも部分的に形成されることを特徴とするストレージデバイス。
12. 請求項１０記載のストレージデバイスであって、
    前記第１絶縁層は有機材料から形成されることを特徴とするストレージデバイス。
13. 請求項１２記載のストレージデバイスであって、
    前記第１絶縁層は有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されることを特徴とするストレージデバイス。
14. 請求項１０記載のストレージデバイスであって、
    前記第２絶縁層は有機材料から形成されることを特徴とするストレージデバイス。
15. 請求項１４記載のストレージデバイスであって、
    前記第２絶縁層は有機材料のポリメタクリル酸メチルから形成されることを特徴とするストレージデバイス。
16. 請求項１０〜１５のいずれか１項記載のストレージデバイスであって、
    前記半導体フィルム層の外面に接続した第１電極と、前記第２絶縁層の外面に接続した第２電極とをさらに備えることを特徴とするストレージデバイス。
17. 請求項１６記載のストレージデバイスであって、
    前記第１電極及び前記第２電極はアルミニウムから形成されることを特徴とするストレージデバイス。