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Geクラスレートの製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P120007878
整理番号 GI-H24-09
掲載日 2012年8月28日
出願番号 特願2012-185015
公開番号 特開2014-043599
出願日 平成24年8月24日(2012.8.24)
公開日 平成26年3月13日(2014.3.13)
発明者
  • 野々村 修一
  • 久米 徹二
  • 伴 隆幸
  • 大橋 史隆
出願人
  • 国立大学法人岐阜大学
発明の名称 Geクラスレートの製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】本発明はGeクラスレートの新規な製造方法に係わるものであって、デバイスに容易に応用可能な膜状で合成するとともに、その結晶配向性をも制御することができる製造方法を提案することを目的とする。
【解決手段】GeウエハとNaとを、5~20mmの間隔をおいて保持し、不活性ガスの雰囲気下300~480℃の温度で30分~10時間加熱する工程の後、10-2Pa以下の陰圧下で200~350℃の温度により2~72時間加熱する工程を経てII型Geクラスレートを製造する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要



IV族系クラスレートは内包する物質やその量により物性が異なり、超伝導体や熱電素子への応用が見込まれている。近年Naを内包するSi/Geクラスレートは合成後にNaを除去することが可能であることが示されており、このようなクラスレートは半導体的性質を有する。例えばSiクラスレートに関する報告(非特許文献1)によれば、250℃の低温でアニール処理をすることにより内包するNaを減少させ、その半導体的性質が示されている。なおこの報告のSiクラスレートはII型のクラスレートであって、I型のクラスレートはNaが殆ど除去されないという特性がある。





一方、Geクラスレートの半導体的性質は、GaAsなどの太陽電池として広く研究されている他の材料に近く、毒性が低いことから光電変換ユニットへの応用が期待されている。現在高効率太陽電池に用いられているGaAsの禁制帯幅が1.4eVに対して、Geクラスレートの禁制帯幅は1.3eVと見積もられており、また直接遷移型であることから光吸収が強く、GaAsと同様に薄膜で太陽電池を形成することができる。





通常Na内包Geクラスレートは、ダイヤモンド構造を有するGe粉末とナトリウム片を熱処理することにより合成される。例えば、IV族元素基板上にアルカリ金属の蒸着膜を形成し、その上に該基板を構成する材料と同一材料からなるアモルファス半導体膜を形成した後、該基板を希ガス雰囲気下で加熱処理する工程と、該基板を真空中で加熱処理する工程を含むクラスレート化合物薄膜の作成方法(特許文献1)、構成単位がシリコンおよびゲルマニウム元素のクラスレートにd-電子系元素を導入するにあたり、前記d-電子系元素の分量を結晶格子単位あたり2個から4個に抑え、高周波加熱およびアルゴンプラズマ下で十分に溶融加熱し合成する方法(特許文献2)などがある。





これらの文献に記載の方法によればGeクラスレートは得られるのであるが、粉末状で合成される結果、太陽電池など半導体デバイスへの応用が困難である。Geクラスレートを半導体デバイスに応用するためには、膜状合成およびその結晶配向性の制御が必要不可欠なのである。

産業上の利用分野



本発明は、太陽光発電の利用分野に属するものであり、高機能デバイスを作成するための半導体素材として使用されるGeクラスレートの製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
GeウエハとNaとを、5~20mmの間隔をおいて保持し、不活性ガスの雰囲気下300~480℃の温度で30分~10時間加熱する工程の後、
10-2Pa以下の陰圧下で200~350℃の温度により2~72時間加熱する工程、
を経てII型Geクラスレートを製造する方法。

【請求項2】
GeウエハとしてGe(111)の配向面を有するウエハを使用することを特徴とする請求項1記載のII型Geクラスレートの製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2012185015thum.jpg
出願権利状態 公開
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