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有機材料含有デバイスに適した基板の製造方法、および有機材料含有デバイスの製造方法 コモンズ

国内特許コード P110004360
整理番号 K014P60-2
掲載日 2011年7月12日
出願番号 特願2009-184113
公開番号 特開2010-028124
登録番号 特許第4860733号
出願日 平成21年8月7日(2009.8.7)
公開日 平成22年2月4日(2010.2.4)
登録日 平成23年11月11日(2011.11.11)
優先権データ
  • 特願2004-088212 (2004.3.25) JP
発明者
  • 村田 英幸
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 有機材料含有デバイスに適した基板の製造方法、および有機材料含有デバイスの製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 分子デバイスを含む、有機材料の機能を利用する有機材料含有デバイスの構築に適した取り扱いが容易な基板を提供する。
【解決手段】 水素原子およびアミノ基が化学吸着した半導体表面を有する基板とする。このアミノ基は、例えばSi-N結合により固定されている。アミノ基は多くの官能基と化学反応しうる基であり、生体分子との親和性にも優れている。この表面は、大気中での取り扱いも容易である。アミノ基と有機分子とを反応させれば、有機分子と半導体表面とが化学的に一体に結合する。アミノ基は、例えば水素原子で終端された半導体表面にアンモニア等の窒素含有反応種を接触させ、この反応種に由来する窒素原子を含むアミノ基を半導体表面に化学吸着させて導入すればよい。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


有機EL素子に代表されるように、従来のデバイスにおける無機または半導体材料を有機材料で置換したデバイスが実用化に至っている。近年では、有機分子(生体分子を含む)を組織化して微細構造を実現する分子デバイスも注目されている。これら有機材料含有デバイスでは、有機材料を担持する基板として半導体基板が用いられることがある。半導体基板を用いると、その表面に作り込まれた素子により有機材料の機能を制御することもできる。デバイス特性を長期にわたって安定に保持するためには、有機材料を基板の表面に化学的に結合させて固定することが望まれる。



半導体基板上への有機材料の結合は、例えばシランカップリング剤を用いて行うことができる。シランカップリング剤は、半導体基板上の酸化膜(例えばシリコン基板上に形成したシリコン酸化膜)の表面に存在する水酸基と反応し、この反応の結果、半導体基板の表面に有機材料が固定される。



しかし、半導体基板上に絶縁性の酸化膜が存在すると、半導体基板と有機材料との間の電気的接続が難しくなる。例えば、シリコン基板上に有機EL素子を形成する場合、シリコン酸化膜の存在は有機材料への電荷注入を阻害する。また、シランカップリング剤を用いる方法では、有機材料をハロゲン化シリル基のような加水分解性の官能基で修飾する必要があるが、有機材料の化学的安定性によっては、このような修飾ができない場合もある。



半導体基板を10-10Torr程度の超高真空中で加熱して基板表面の反応性を高める方法も知られている。超高真空中での加熱により、半導体基板の表面には半導体原子の未結合手(ダングリングボンド)や半導体原子のダイマー結合(例えばSi=Si結合)が生成する。この表面に不飽和結合を有する有機材料を反応させると、有機材料が半導体基板に直接結合する。ハロゲン原子を表面に結合させ、表面の反応性を高めた半導体基板も知られている。ハロゲン原子を有機材料により置換すれば、半導体基板の表面に有機材料を直接結合できる。



しかし、未結合手やハロゲン原子の導入により表面の反応性を高めた半導体基板は、水分との反応性が非常に高いため、大気中で取り扱うことができない。このため、基板の保存、運搬工程、さらには有機材料を担持する工程、も制約を受ける。反応性を高めた基板の表面に有機材料を固定するには、例えば減圧雰囲気下で有機材料を蒸着すればよいが、生体分子のように、減圧下で加熱することによりその機能が失われる有機材料もある。



このように、現状では、有機材料の機能を利用する有機材料含有デバイスの構築に適し、かつ取り扱いが容易な基板は得られていない。



なお、半導体基板の表面、およびこの表面への有機分子の固定については、非特許文献1に詳しく解説されている。

産業上の利用分野


本発明は、有機材料含有デバイスに適した基板の製造方法に関し、さらに、有機材料含有デバイスの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
水素終端処理した半導体表面を有する基板の前記半導体表面に、アンモニアを含む雰囲気において電磁波を照射することにより、またはアンモニアを熱分解させて発生させたNH2ラジカルを気相から供給して接触させることにより、前記アンモニアに由来する窒素原子を含むアミノ基を前記半導体表面に化学吸着させる、水素原子およびアミノ基により終端されている半導体表面を有する基板の製造方法。

【請求項2】
前記水素終端処理した半導体表面が、フッ化水素酸および亜硫酸アンモニウム水溶液を用いた湿式エッチングにより水素終端処理したSi(111)面である請求項1に記載の基板の製造方法。

【請求項3】
請求項1に記載の製造方法により得た基板の前記半導体表面に、当該半導体表面のアミノ基と有機分子とを結合させることにより、前記有機分子を含む有機材料を前記半導体表面上に配置する、有機材料含有デバイスの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009184113thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 秩序と物性 領域
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