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発光シリコン粒子及び発光シリコン粒子の製造方法 UPDATE

国内特許コード P170013670
整理番号 S2015-0907-N0
掲載日 2017年2月1日
出願番号 特願2015-101398
公開番号 特開2016-216579
出願日 平成27年5月18日(2015.5.18)
公開日 平成28年12月22日(2016.12.22)
発明者
  • 中村 俊博
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 発光シリコン粒子及び発光シリコン粒子の製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】表面のシリコンが炭素終端されたシリコン粒子であって、可視から近赤外までの広い領域で所望の発光色を得ることが可能であり、高効率発光することができる発光シリコン粒子の製造方法及び発光シリコン粒子を提供する。
【解決手段】シリコン原料を、フッ酸と酸化剤とを含む水溶液を用いて化学エッチングして多孔質シリコンを形成する多孔質シリコン形成工程と、得られた多孔質シリコンを、有機溶媒に浸漬し、前記有機溶媒を撹拌しながら波長323nm以下の紫外線パルスレーザーを照射して、表面が炭素原子を含む一価の有機基により終端されたシリコン粒子を得る有機基終端シリコン粒子形成工程と、を含む発光シリコン粒子の製造方法及び発光シリコン粒子。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


シリコンは、最も代表的な半導体であり、エレクトロニクス産業に必要不可欠な材料である。しかし、シリコンは間接遷移型半導体としての性質を示すために、発光材料に応用することは難しいと考えられてきた。
しかし、多孔質化された直径が数ナノメートル程度の単結晶シリコン粒子から、量子サイズ効果に起因した可視発光が報告され(例えば、非特許文献1参照)、その後は、地殼中に豊富に存在し安価であるシリコンを発光材料に応用することについての研究が活発に進められている。
これらの研究より、ナノシリコン粒子では、粒子サイズにより発光波長と発光効率を制御できること、シリコンを表面修飾することで、バンドギャップエネルギー及び発光遷移確率などの発光物性に影響を与えることが明らかとなった。
これらの知見を受けて、シリコン粒子の表面修飾、或いは粒子径制御について検討がなされ、例えば、不飽和結合をもつ1-オクテン(1-octene)等のアルケン及びアルキンから選ばれる有機溶媒中でシリコン粒子に高エネルギー密度の波長500nm程度のパルスレーザーを照射し、表面を炭素又は酸素で表面修飾されたシリコンナノ粒子を生成する方法が提案されている(例えば、特許文献1、非特許文献2参照)。
また、シリコン粒子をフッ化水素酸と溶解金属塩を含む化学エッチング液と接触させ、多孔質シリコン粒子を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。

産業上の利用分野


本発明は、発光シリコン粒子及び発光シリコン粒子の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
シリコン原料を、フッ酸と酸化剤とを含む水溶液を用いて化学エッチングし、多孔質シリコンを形成する多孔質シリコン形成工程と、
得られた多孔質シリコンを、有機溶媒に浸漬し、前記有機溶媒を撹拌しながら波長323nm以下の紫外線パルスレーザーを照射して、表面が炭素原子を含む一価の有機基により終端されたシリコン粒子を得る有機基終端シリコン粒子形成工程と、を含む発光シリコン粒子の製造方法。

【請求項2】
前記表面が炭素原子を含む一価の有機基により終端されたシリコン粒子と前記有機溶媒とを含む分散液を遠心分離して、多孔質シリコン粉末残渣を除去し、前記表面が炭素原子を含む一価の有機基により終端されたシリコン粒子を分取する有機基終端シリコン粒子分離工程をさらに含む請求項1に記載の発光シリコン粒子の製造方法。

【請求項3】
前記紫外線パルスレーザーのパルス幅が10ナノ秒以下である請求項1又は請求項2に記載の発光シリコン粒子の製造方法。

【請求項4】
前記有機溶媒が、1-オクテン、1-オクチン、2-プロペナール、トリクロロエチレン、1-オクタン、オクタナール、オクタン酸、ジクロロメタン、エチルベンゼン、キシレン及びベンズアルデヒドからなる群より選択される少なくとも1種の溶剤である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の発光シリコン粒子の製造方法。

【請求項5】
前記炭素原子を含む一価の有機基が、アルキル基、アルデヒド基、カルボキシル基、及びクロロアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の発光シリコン粒子の製造方法。

【請求項6】
平均粒子径が1nm~10nmであり、表面のSiが炭素原子を含む一価の有機基により終端されている、紫外線照射により波長300nm~900nmにピーク波長を有する光を発する発光シリコン粒子。

【請求項7】
前記シリコン粒子は、紫外線照射によりピーク波長を中心とした発光スペクトルの半値全幅が400meV~600meVである請求項6に記載の発光シリコン粒子。

【請求項8】
前記炭素原子を含む一価の有機基が、アルキル基、アルデヒド基、カルボキシル基、及びクロロアルキル基からなる群より選択される少なくとも1種である請求項6又は請求項7に記載の発光シリコン粒子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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