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結晶質シリコン内在SiOx成形体の製造方法とその用途 外国出願あり

国内特許コード P120007282
整理番号 04-037JP00
掲載日 2012年4月10日
出願番号 特願2004-280053
公開番号 特開2006-089356
登録番号 特許第4966486号
出願日 平成16年9月27日(2004.9.27)
公開日 平成18年4月6日(2006.4.6)
登録日 平成24年4月6日(2012.4.6)
発明者
  • 野崎 真次
  • 内田 和男
  • 森崎 弘
  • 川崎 卓
  • 伊吹山 正浩
出願人
  • 国立大学法人電気通信大学
  • 電気化学工業株式会社
発明の名称 結晶質シリコン内在SiOx成形体の製造方法とその用途 外国出願あり
発明の概要

【課題】ナノメートルオーダーの結晶質シリコン粒子を提供すること、そしてこれを半導体素子として利用できるようにすること。
【解決手段】粒径0.5~5nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子に、光、好ましくはレーザー光、を照射して、粒径1~10nmの結晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子とすることを特徴とするSiOx粒子の製造方法であり、好ましくは、粒径0.5~5nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子が、モノシランガスとモノシランガスを酸化するための酸化性ガスとを、圧力10~1000kPa、温度500~1000℃の条件下で反応して得たものであることを特徴とする前記のSiOx粒子の製造方法である。
【選択図】なし

従来技術、競合技術の概要


ナノメートルオーダーの粒径を有するシリコン粒子は、単結晶シリコンを初めとするバルクのシリコンとは著しく異なる物理的、化学的性質を有しており、新規機能性材料への応用が期待されている。



半導体や金属等の超微粒子のうち、電子の波長(10nm程度)より小さい、言い換えればナノメートルオーダー以下の粒径を有するものは、電子の運動に対するサイズ有限性の影響が大きくなってくるため、バルク体とは異なる特異な物性を示すことが知られている。



各種半導体材料の中で最も重要な位置を占めるシリコンについても、その粒径がナノサイズまで微細化された粒子について、シリコン単結晶のバルク体とは異なる波長の発光が報告されており、バンド構造や表面準位効果がバルク体とは異なるものになっていることが示されている(非特許文献1参照)。

【非特許文献1】日経先端技術2003.01.27号、1~4頁



ナノメートルオーダー以下の粒径を有する結晶質シリコン粒子は、数個から数百個のシリコン原子からなる集合体で、その個数に応じて数オングストロームから数nmの粒径をとり、例えばSi10ならば6オングストローム(0.6nm)前後となる。



また、構造的には、バルク体のシリコン単結晶と同様にダイヤモンド構造を有する結晶質シリコン粒子の他に、ダイヤモンド構造をとらない結晶質シリコン粒子も存在する。



このように結晶質シリコン粒子は様々な大きさや原子配置をとることが出来、それぞれに異なる物性を発現する。したがってサイズや原子配列が適切に制御された結晶質シリコン粒子を作製することができれば、新機能性材料に適用できる可能性がある。



従来、ナノメートルオーダー以下の粒径を有する結晶質シリコン粒子を製造する方法としては、気体状シリコン化合物に紫外光レーザービームを照射する方法(特許文献1参照)、シリコンターゲットのレーザーアブレーションを行う方法(特許文献2参照)、アルゴンプラズマ中でSiHラジカルからSi単結晶微粒子の核を生成した後に結晶成長させる方法(特許文献3参照)、非晶質シリコン膜にレーザー光を照射する方法(特許文献4参照)等、が知られている。

【特許文献1】特開平06-072705号公報。

【特許文献2】特開2001-257368公報。

【特許文献3】特開2002-076358公報。

【特許文献4】特開2002-176180公報。



特許文献1、2の方法で得られる結晶質シリコン粒子は、単独のシリコン粒子である。特許文献3の方法で得られるシリコン粒子は、単独のシリコン粒子であるが必要に応じ表面が酸化物膜や窒化物膜等によって被覆される。これらの結晶質シリコン粒子は、基材上で特定のパターンに配列して半導体素子を形成させようとする場合、ナノメートルオーダーの微細な粒子であるため、配列が困難であるという問題点を有する。



また、特許文献4の方法で得られる結晶質シリコン粒子は、非晶質シリコン膜中に存在するため、レーザー光の照射方法によって、粒子をパターン状に配列させて形成することも可能ではあるが、マトリックスが絶縁体ではなく、結晶質シリコン粒子と同様に半導体の非晶質シリコンであり、配列粒子とマトリックスの電気的特性が類似しているため、そのままでは半導体素子として機能させることが困難である。

産業上の利用分野


本発明は、結晶質シリコンを内在するSiOx粒子の製造方法、前記製法で得られたSiOx粉末、成形体、更に前記成形体から得られる半導体素子、発光素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
粒径0.3~0.8nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子に、光を照射して、粒径1~10nmの結晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子とすることを特徴とするSiOx粒子の製造方法。

【請求項2】
光がレーザー光であることを特徴とする請求項1記載のSiOx粒子の製造方法。

【請求項3】
粒径0.3~0.8nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子が、モノシランガスとモノシランガスを酸化するための酸化性ガスとを、圧力10~1000kPa、温度500~1000℃の条件下で反応して得たものであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のSiOx粒子の製造方法。

【請求項4】
粒径0.3~0.8nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子を含有する粉末を、成形して成形体とした後、当該成形体に光を照射して、粒径1~10nmの結晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子を含む成形体とすることを特徴とするSiOx成形体の製造方法。

【請求項5】
光がレーザー光であることを特徴とする請求項記載のSiOx成形体の製造方法。

【請求項6】
粒径0.3~0.8nmの非晶質シリコン粒子を内在するSiOx(Xは0.5以上2.0未満)粒子が、モノシランガスとモノシランガスを酸化するための酸化性ガスとを、圧力10~1000kPa、温度500~1000℃の条件下で反応して得たものであることを特徴とする請求項4又は請求項5記載のSiOx成形体の製造方法。

【請求項7】
請求項4から請求項6のいずれか一項に記載されたSiOx成形体の製造方法で得られ、粒径1~10nmの結晶質シリコン粒子が光照射パターンに応じたパターンで配列されている成形体を用いてなることを特徴とする半導体素子。

【請求項8】
請求項に記載された半導体素子を用いてなることを特徴とする発光素子。
産業区分
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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