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IV族クラスレートの製造方法 UPDATE コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150011485
整理番号 GI-H26-40
掲載日 2015年3月5日
出願番号 特願2015-033515
公開番号 特開2016-156041
出願日 平成27年2月24日(2015.2.24)
公開日 平成28年9月1日(2016.9.1)
発明者
  • 大橋 史隆
  • 野々村 修一
  • 久米 徹二
  • 伴 隆幸
出願人
  • 国立大学法人岐阜大学
発明の名称 IV族クラスレートの製造方法 UPDATE コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】膜状のクラスレートを製造する新規な方法を提供する。
【解決手段】本発明のクラスレートの製造方法は、基板上に、ホスト原子となるIV族元素を積層する積層工程と、IV族元素が積層された基板とゲスト原子の結晶とを間隔をおいて反応容器内に収容する前処理工程と、反応容器を、不活性ガスの雰囲気下で350℃以上650℃以下の温度により、0.5時間以上24時間以下の加熱時間で加熱する第一加熱工程と、ゲスト原子と基板とが収容されている反応容器を冷却する冷却工程と、基板を、10-2Pa以下の陰圧下で250℃以上450℃以下の温度により1時間以上24時間以下の加熱時間で加熱する第二加熱工程と、を備えていることを特徴とする。基板上にホスト原子を積層する工程は、好ましくはスパッタ法によって行われる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


クラスレート(包摂化合物)は、ホスト原子によって形成される三次元的な籠状の構造の中にゲスト原子が内包されている化合物であり、従来の結晶構造物とは異なる特性を備えている。クラスレートは、その三次元的な構造の違いによって、I型(構造1、Type Iとも言う)からVIII型(構造8、TypeVIIIとも言う)に分類される。



例えば、ホスト原子がシリコンであるシリコンクラスレートが、ナトリウムをゲスト原子として内包している場合、ナトリウムを多く含有するシリコンクラスレートは金属的性質を持つが、ナトリウムの含有量を低減したシリコンクラスレートは、半導体としてのバンドギャップ特性を明確に示すことが知られている。ナトリウムを内包するシリコンクラスレートを製造した場合には、主にI型とII型(構造2、TypeIIとも言う)の混合物からなるクラスレートが生成される。I型のシリコンクラスレートは、十二面体構造であるシリコン20と、十四面体構造であるシリコン24とで構成される立方晶構造を有している。II型のシリコンクラスレートは、十二面体構造であるシリコン20と、十六面体構造であるシリコン28とで構成される立方晶構造を有している。I型のシリコンクラスレートは、ナトリウム原子を一旦内包すると、その後の工程でナトリウム原子がほとんど除去されないという特性がある。これに対してII型のシリコンクラスレートは、加熱処理等を行うことによって、ナトリウムを除去して含有量を低減できることが知られている。そこで、半導体としての利便性を高めるために、II型のシリコンクラスレートを、膜状に高効率で製造する技術が求められている。



また、ホスト原子がゲルマニウムで構成されているクラスレートは、ガリウムヒ素に近い特性を示すことから、太陽電池用の光吸収材料への応用が期待されている。その他にも、II型のIV族系クラスレートの中には、直接遷移型半導体として機能し、合金化により赤外から可視光領域において光の吸収特性を変化させることが可能なクラスレートが存在する。したがって、膜状のIV族クラスレートを効率よく製造することのできる、汎用性の高い技術が求められている。



発明者はこれまで、膜状のシリコンクラスレートを製造する新規な方法を特許文献1に開示している。また、シリコンとゲルマニウムとをホスト原子とするII型クラスレートを製造する新規な方法を特許文献2に開示している。さらに、ゲルマニウムクラスレートを製造する新規な方法を特許文献3に開示している。

産業上の利用分野


本発明は、ゲルマニウム、シリコン等のIV族元素をホスト原子としたIV族クラスレートを効率よく製造する方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
クラスレートの製造方法であって、
基板上に、ホスト原子となるIV族元素を積層する積層工程と、
IV族元素の積層を有する前記基板とゲスト原子の結晶とを間隔をおいて反応容器内に収容する前処理工程と、
当該反応容器を、不活性ガスの雰囲気下で350℃以上650℃以下の温度により、0.5時間以上24時間以下の加熱時間で加熱する第一加熱工程と、
ゲスト原子と前記基板とが収容されている反応容器を冷却する冷却工程と、
前記基板を、10-2Pa以下の陰圧下で250℃以上450℃以下の温度により1時間以上24時間以下の加熱時間で加熱する第二加熱工程と、
を備えていることを特徴とするクラスレートの製造方法。

【請求項2】
前記積層工程が、スパッタ法によって基板上にホスト原子となるIV族元素を積層することを特徴とする請求項1記載のクラスレートの製造方法。

【請求項3】
ホスト原子がゲルマニウムであり、且つゲスト原子がナトリウムであることを特徴とする請求項1または2に記載のクラスレートの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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