[发明专利]含有针状结晶的排列体的复合体及其制造方法、以及光电转换元件、发光元件及电容器

说明书

技术领域

本发明涉及含有针状结晶的排列体的复合体及其制造方法、以及使用该复合体的光电转换元件、发光元件及电容器。

背景技术

光电转换元件、发光元件、电容器等是利用通过使两种类型的材料接触或者接近配置所产生的现象的元件。例如，光电转换元件及发光元件利用下述现象，即，与在p型半导体和n型半导体的接触面受光的光量相对应的、因电子空穴对的产生或者电子和空穴的再结合而引起光的产生这一现象。就电容器而言，是利用被一对电极夹持的电介质的极化作用。

在这些元件中，能够通过增加两种类型的材料的接触面积或者对置面积来提高元件的特性。例如，在光电转换元件中，通过增加p型半导体和n型半导体的界面面积，能够增大产生的电子空穴对的数目，即能够增大光电流(光电动势)的大小，就发光元件而言，能够增大产生的光的光量。另外，就电容器而言，通过增加电介质和电极的接触(对置)面积，可提高静电电容。

为增大两种类型的材料的接触面积或者对置面积，尝试在这些元件中使用表面系数(比表面積)大的针状结晶的集合体。

例如，在下述专利文献1中公开有一种光电转换元件，其具备透明电极、形成于该透明电极之上的构成一个电荷输送层的针状结晶、以及按与该针状结晶相接(对置)的方式设置的另一个电荷输送层。

另外，在下述专利文献2公开有一种电容器，其具备：由多晶硅构成的平坦的存储节点、形成于该存储节点上且由锗等具有导电性的材料构成的多个针状结晶、以覆盖该针状结晶的表面的方式设置且由氧化硅构成的电容器用绝缘膜(电介质)。

在下述专利文献3中公开了一种在六亚甲基四胺(hexamethylenetetramine)这样的包含聚乙烯亚胺以及锌离子的溶液中通过加热基板(基体)来制造针状结晶的排列体的方法，以及使用由该制造方法制造的针状结晶的排列体的器件。作为这种器件，其公开的是色素敏化太阳能电池(色素增感太陽電池)(使用该针状结晶的排列体来作为具有p型特性的半导体的色素敏化太阳能电池)及发光二极管。下述专利文献3还公开了使用了氧化锌针状结晶的排列体的FET(场效应晶体管)的电流-电压特性。

在下述特许文献3的制造方法中，由于在基体侧的区域不能用排列体致密地(实质上是完全地)覆盖基体，所以在形成器件时，作为防止通过从排列体露出的基体的露出部的电流泄漏的手段，在排列体的针状结晶的间隙设置有电子阻挡层(绝缘层)。

另外，在下述非专利文献3中，公开有一种使用了氧化锌针状结晶的排列体的发光二极管的制造方法及其特性。在此，氧化锌针状结晶的排列体通过电沉积而形成。但是，在基体侧的区域，由于不能用排列体致密地(实质上是完全地)覆盖基体，所以在针状结晶的间隙配置有绝缘体，以防止电流的泄漏。

在下述专利文献3及非专利文献3中，作为用于防止泄漏电流产生的绝缘体，使用聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯之类的绝缘聚合物。这些绝缘体在以覆盖氧化锌针状结晶的方式形成之后，通过UV照射、等离子照射等除去位于氧化锌针状结晶的前端部的部分，并在氧化锌针状结晶的间隙保留绝缘体。

在下述非专利文献4中公开有一种在由氧化锌构成的基底层上利用无电解镀敷制造氧化锌的针状结晶的排列体的方法。该方法是在基体上涂敷溶解了醋酸锌双水合物和单乙醇胺的二甲氧基甲醇，将经60℃24个小时干燥后的薄膜用作基底层。基底层的厚度为100nm左右。在镀敷液的锌浓度为0.01摩尔/升的情况下，镀敷时的镀敷液的pH值取9至13，由此得到氧化锌针状结晶的排列体。

下述非专利文献5公开有一种在玻璃基板上用溅射法形成氧化锌薄膜，并以该氧化锌薄膜作核来形成氧化锌针状结晶的排列体的方法。利用该方法，与用普通的液相生长得到的针状结晶相比较，能够获得方位一致的针状结晶。

专利文献1：日本特开2002-356400号公报；

专利文献2：日本特开平6-252360号公报；

专利文献3：美国专利申请公开第2005/0009224号说明书；

非专利文献1：Michael H.Huang等九人、”Room-Temperature UltravioletNanowire Nanolasers”，SCIENCE vol.292 p.1897-1899(8 June 2001)；

非专利文献2：Masanobu Izaki等两人、”Transparent zinc oxide.lmsprepared by electrochemical reaction”，Appl.Phys.Lett.68(17)，(22 April 1996)；