JPH0414513B2 - - Google Patents

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JPH0414513B2
JPH0414513B2 JP56109339A JP10933981A JPH0414513B2 JP H0414513 B2 JPH0414513 B2 JP H0414513B2 JP 56109339 A JP56109339 A JP 56109339A JP 10933981 A JP10933981 A JP 10933981A JP H0414513 B2 JPH0414513 B2 JP H0414513B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子半導体素子に関し、さらに詳述
すれば、直鎖状共役系高分子薄膜を使用した高分
子半導体素子に関するものである。
半導体素子は、Si,Geなどの金属、あるいは、
GaAs,InPなどの無機化合物を主たる構成材料
として使用されるのが一般的である。しかし、一
方において、古くから、有機半導体、すなわち、
有機物質であつて電気的に半導体的な電気的性質
を有するものも研究もしくは検討されてきてい
る。
このような有機半導体材料として、比較的著名
なものに、ポリアセチレンがある。このポリアセ
チレンは、容易に薄膜状に取得し得て(例えば、
特公昭48−32581)、所定のドーピング剤を添加さ
せてP(導電)型にもn(導電)型に形成し、太陽
電池等に供されている。
しかし、このポリアセチレン膜は、多くの空隙
を有するために、ドーピングは不均一に、かつ、
速やかに進行する。このためp−n接合を作るこ
とが困難であつた。
本発明の目的は、上記欠点のない電気的特性の
良好な、かつ、製作の容易な高分子半導体素子を
提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の構成は、導
電性を有する直鎖状共役系高分子または有機化合
物よりなる薄膜と、該薄膜上に形成された導電性
を有する他の直鎖状共役系高分子薄膜のそれぞれ
の薄膜はpもしくはn導電型であつて、かつ、電
気的な接合面を有してなる。
上記直鎖状共役系高分子は、ポリアセチレン、
ポリ(パラ−フエニレン)、ポリ(パラ−フエニ
レンスルフイド)、ポリ(パラ−フエニレンオキ
シド)、および、ポリ(パラ−フエニレンビニレ
ン)が供される。これらの高分子相互間、あるい
は、他の有機化合物とが電気的に接合され、PN
接合面、ヘテロ接合面、P+−P面、および、n+
−n面が形成されていることが肝要である。とく
に、ポリアセチレンと他の直鎖状共役系高分子を
組合わされたものがより有効である。
上記導電型を形成するドーピング剤(ドーパン
ト)としては下記のものを用いるとよい。すなわ
ち、N導電型として、リチウム、ナトリウム、カ
リウム、ルビジウム及びセシウムを含む第A族
金属、ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレ
ン、ナトリウムビフエニル、及びカリウムビフエ
ニル等の第A族金属アレン等が適用できる。ま
た、P導電型として、ハロゲン、HClO4を含む
ブレンステツド酸、SO3及びN2O5を含む非金属
酸化物、Sb2S5を含む第族元素のスルフイド、
第B遷移金属、B、A及びA族のハロ
ゲン化物、及びSbCl5を含む不活性ガス、BCl3
CrO2Cl2,CrO2F2,SbF3Cl2,AsF5,XeF4
XeOF4,SbF5,PF5,BF5,BCl5,SbBr3
CuCl2,N2Cl2及びMoCl5等のハロゲン化物及び
FSO2OOSO2Fを含むフツ素含有過酸化物又はそ
れ等の混合物等が適用できる。これらの導体ドー
ピング剤濃度は10-5〜0.5モル%である(単位モ
ノマー当りのモル%)。
本発明は上記構成になるので電気的特性の良好
な接合が得られる。すなわち、上記ポリ(パラ−
フエニレン)、ポリ(パラ−フエニレンスルフイ
ド)、ポリ(パラ−フエニレンオキシド)、或い
は、ポリ(パラ−フエニレンビニレン)は材料組
織が緻密な構成を呈しているため、上記ポリアセ
チレンに比べてドーピング速度が1桁以上も遅
い。そのため、上記ポリ(パラ−フエニレンスル
フイド)薄膜内に精度よく制御されて接合面が形
成される。勿論、温度、時間等を適当に制御する
ことにより、薄膜の厚さ分だけ過不足なく所定の
導電型に形成できた。従来の、ポリアセチレン膜
では、該膜の深さ方向に目的とするところの深さ
の導電型領域を実質的に形成し得なかつたもので
ある。
本発明は、ポリアセチレン膜を下地として上部
にポリ(パラ−フエニレンスルフイド)などポリ
アセチレン膜とは異なつた直鎖状共役系高分子膜
を載置したものにとりわけ有効である。材料の互
いに異なる境界面のそのままヘテロ接合などの接
合面として設けることが極めて容易となるからで
ある。上記直鎖状共役系高分子材料の替りにメロ
シアニンなどの有機色素からなる有機化合物であ
つても全く同様に適用され、顕著な効果が得られ
た。以下実施例を用いて詳述する。
実施例 1 本発明の第1の実施例を第1図に示す。厚さ、
50μmのポリ(パラ−フエニレンスルフイド)シ
ートをAsF5ガス中に放置し1Ω-cm-1の導電率の
P導電型の基板1を得た。この上に公知の高分子
半導体薄膜形成方法(例えば特公昭48−32581)
でポリアセチレン膜2を1μmの厚さに形成した。
このとき、選択的に成長させるために、不要部分
は金属マスクで覆つて反応させた。この後、上記
基板1をカリウムのナフタレン錯体溶液に浸して
ポリアセチレン膜2にドーピングを行つた。この
とき、カリウムはポリアセチレンにはドーピング
されたが、ポリ(パラ−フエニレンスルフイド)
にはドーピングされず上記基板1とポリアセチレ
ン膜2との境界で良好なp−n接合12が形成さ
れた。この後、電極取り出しのためにアルミニウ
ム3を0.5μmの厚さに蒸着した。このときも、電
極パターン形成のために金属マスク(図示せず)
を用いた。これによつて、保護膜あるいは電極、
リード線が取り付けられた、PN接合を有したダ
イオードが得られた。
実施例 2 第2図に第2の実施例を示す。ガラス基板4上
に実施例1と同じ方法でポリアセチレン膜5を
3μmの厚さに堆積し、続いてポリ(パラ−フエ
ニレンスルフイド)6を3μmの厚さに塗布法で
被着した。この後、試料をAsF5ガス中に数日間
放置した。その結果、ポリアセチレンはP+にポ
リ(パラ−フエニレンスルフイド)はPにドーピ
ングされた。さらに、その上に絶縁膜としてポリ
(パラ−フエニレンスルフイド)6′を塗布法で
3μmの厚さに被着した。さらに公知の光食刻法
により電極領域形成のためのパターニングを行
い、続いてクロルを含む芳香族化合物で上記ポリ
(パラ−フエニレンスルフイド)を膜6および
6′を選択的にエツチングした。この後、アルミ
ニウム7を蒸着法により堆積し、パターニングを
行つて電極を形成した。以上の工程で、ガラス基
板4上のポリアセチレン膜5で挾まれた領域に在
るポリ(パラ−フエニレンスルフイド)6を主領
域とする1Ω-1cm-1のP+−P−P+型の抵抗素子
が得られた。
実施例 3 第3図aおよびbは本発明の他の実施例として
の高分子半導体素子の概略断面図である。
図において、ポリ(パラ−フエニレンスルフイ
ド)膜31上に、膜厚2μmのポリアセチレン膜
32を公知の薄膜形成技術を用いて形成する。次
いで、上記薄膜をAsF5ガス雰囲気中に10分間放
置させて、上記膜31の側からドーピングして膜
31および32をP導電型に形成する。次いで、
上記膜32上に全面塗布法により、ガラス膜34
を形成する。次いで、該膜34に写真食刻用のフ
オトレジスト材(図示せず)を塗布し、固化後、
パターンニングを行なう。次いで、残存したフオ
トレジスト材をマスクにして選択的にカリウム(K)
を100KeVでイオン打込みを行ない上記薄膜32
を選択的にN導電型領域33に変換させて形成す
る。次いで、上記フオトレジスト材をエツチング
マスクとして露呈しているガラス膜34を選択的
に除去し、電極取出し口とする。次いで、上記ガ
ラス膜34上の所定の領極にAlを膜厚1μm蒸着
し、次いで所定の形状に加工してゲート電極35
とする。同時に、上記電極取出し口に電極36を
設けてMOS型トランジスタを形成する。Sはソ
ース電極、Dはドレイン電極、Gはゲート電極を
それぞれ表わす。上記イオン打込み方法は、各種
あるが、孰れも本発明に差違なく適用でき、同様
の効果を呈した。勿論、打込みパワー、或いはマ
スク材、マスク方法が適宜選択されて用いること
は云うまでもない。通常、ICなどの半導体製造
技術を用いればよい。この実施例では、ポリ(パ
ラ−フエニレンスルフイド)膜31自体が基板を
兼ねた場合について示したが、第3図bに示すよ
うに、ガラス30などの無機材料を基板としてこ
の上に上記ポリ(パラ−フエニレンスルフイド)
膜31を設けたものも全く同様の効を奏した。な
お、符号310は薄膜相互間の境界面を示してい
る。また、図示されてはいないが、N導電型領域
33は、上記境界面310に到達していなくとも
充分動作し、同様に効を奏した。
実施例 4 本発明は亦、太陽電池などの変換素子をも構成
し得るものである。すなわち、Al板上に設けら
れたポリアセチレンシート上に、2cm角厚さ0.1
〜10μmのP導電型のメロシアニン膜を形成し、
該膜上に金属電極を設けることにより容易に太陽
電池が形成された。勿論、導電率および導電型の
形成は前述の実施例を用いて行なわれる。上記メ
ロシアニンは有機化合物であり色素として汎用さ
れているものである。このような色素は、他の色
素の材料であつても差違なく適用できる。色素は
光応答性が良好なので、極めて感度の良好な太陽
電池が得られた。
以上詳述したように、本発明はポリアセチレン
をそれ以外の直鎖状共役系高分子と組合わせるこ
とにより、極めて電気的特性の良好な接合を、容
易に形成し得る点、工業的利益大なるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の一実施例としての高
分子半導体素子の概略断面図である。 1…基板(高分子半導体シート)、2…ポリア
セチレン膜、3…電極(Al)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型を有し、空〓を有するポリアセチ
    レンからなる第1の有機半導体膜と、第2導電型
    を有し、該空〓を有するポリアセチレンと異なる
    直鎖状共役高分子または有機化合物からなり、該
    第1の有機半導体膜上に形成された第2の有機半
    導体膜とを有することを特徴とする高分子半導体
    素子。 2 上記直鎖状共役高分子は、ポリ(パラ−フエ
    ニレン)、ポリ(パラ−フエニレンスルフイド)、
    ポリ(パラ−フエニレンオキシド)またはポリ
    (パラ−フエニレンビニレン)であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の高分子半導体
    素子。 3 上記第1導電型は、上記第2導電型と異なる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項に記載の高分子半導体素子。
JP56109339A 1981-07-15 1981-07-15 高分子半導体素子 Granted JPS5812370A (ja)

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