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C12A7エレクトライドの薄膜の製造方法、およびC12A7エレクトライドの薄膜 UPDATE

国内特許コード P170013795
掲載日 2017年3月16日
出願番号 特願2014-521490
登録番号 特許第6198276号
出願日 平成25年6月19日(2013.6.19)
登録日 平成29年9月1日(2017.9.1)
国際出願番号 JP2013066850
国際公開番号 WO2013191210
国際出願日 平成25年6月19日(2013.6.19)
国際公開日 平成25年12月27日(2013.12.27)
優先権データ
  • 特願2012-139197 (2012.6.20) JP
  • 特願2012-151848 (2012.7.5) JP
  • 特願2013-037851 (2013.2.27) JP
  • 特願2013-071163 (2013.3.29) JP
  • 特願2013-071154 (2013.3.29) JP
発明者
  • 細野 秀雄
  • 戸田 喜丈
  • 林 克郎
  • 伊藤 節郎
  • 渡邉 暁
  • 宮川 直通
  • 渡邉 俊成
  • 伊藤 和弘
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 国立大学法人東京工業大学
  • 旭硝子株式会社
発明の名称 C12A7エレクトライドの薄膜の製造方法、およびC12A7エレクトライドの薄膜 UPDATE
発明の概要 C12A7エレクトライドの薄膜の製造方法であって、電子密度が2.0×1018cm-3~2.3×1021cm-3の結晶質C12A7エレクトライドのターゲットを用いて、低酸素分圧の雰囲気下で、気相蒸着法により、基板上に成膜を行うことにより、非晶質C12A7エレクトライドの薄膜を形成することを特徴とする製造方法。
従来技術、競合技術の概要


結晶質C12A7は、12CaO・7Al(以下、「C12A7」と称する)で表される代表組成を有し、三次元的に連結された直径約0.4nmの空隙(ケージ)を有する特徴的な結晶構造を持つ。このケージを構成する骨格は、正電荷を帯びており、単位格子当たり12個のケージを形成する。このケージの1/6は、結晶の電気的中性条件を満たすため、酸素イオンによって占められている。しかしながら、このケージ内の酸素イオンは、骨格を構成する他の酸素イオンとは化学的に異なる特性を持つことから、特に、フリー酸素イオンと呼ばれている。結晶質C12A7は、[Ca24Al28644+・2O2-とも表記される(非特許文献1)。



また、結晶質C12A7の同型化合物としては、12SrO・7Al(以下S12A7と記す)が知られており、任意のCaとSrの混合比を持つ、C12A7とS12A7の混晶化合物も存在する(非特許文献2)。



細野らは、結晶質C12A7の粉末あるいはその焼結体を、H雰囲気中で熱処理して、ケージの中にHイオンを包接させ、次いで、紫外光を照射することにより、ケージ中に電子を包接させて、永続的な導電性を室温で誘起できることを見いだした(特許文献1)。この包接された電子は、ケージに緩く束縛されており、結晶中を自由に動くことができる。このため、この結晶質C12A7は、導電性を示すようになる。



このような導電性を有する結晶質C12A7は、特に、結晶質C12A7エレクトライドと呼ばれる。結晶質C12A7エレクトライドは、約2.4eVという極めて低い仕事関数を有することから、冷電子放出源および有機EL素子のための電子注入電極、または化学反応を利用した還元剤等への応用が期待されている。

産業上の利用分野


本発明は、C12A7エレクトライドの薄膜の製造方法、およびC12A7エレクトライドの薄膜に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
C12A7エレクトライドの薄膜の製造方法であって、
電子密度が2.0×1018cm-3~2.3×1021cm-3の結晶質C12A7エレクトライドのターゲットを用いて、0.1Pa未満の酸素分圧の雰囲気下で、気相蒸着法により、基板上に成膜を行うことにより、非晶質C12A7エレクトライドの薄膜を形成することを特徴とする製造方法。

【請求項2】
前記ターゲットは、表面研磨処理されていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。

【請求項3】
前記気相蒸着法は、スパッタリング法であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。

【請求項4】
前記スパッタリング法は、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)、N(窒素)、Ar(アルゴン)、NO(一酸化窒素)、Kr(クリプトン)、およびXe(キセノン)からなる群から選定された少なくとも一つのガス種を用いて実施されることを特徴とする請求項3に記載の製造方法。

【請求項5】
前記ターゲットには、プレスパッタリング処理が実施されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項6】
前記プレスパッタリング処理は、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)、N(窒素)、Ar(アルゴン)、およびNO(一酸化窒素)からなる群から選定された少なくとも一つのガス種を用いて実施されることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。

【請求項7】
前記非晶質C12A7エレクトライドの薄膜は、10μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項8】
前記基板は、非加熱状態で使用されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項9】
前記基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項10】
電子密度が2.0×1018cm-3以上2.3×1021cm-3以下の範囲であり、
4.6eVの光子エネルギー位置において光吸収を示し、
非晶質であることを特徴とするC12A7エレクトライドの薄膜。

【請求項11】
カルシウム、アルミニウム、および酸素を含み、
カルシウムとアルミニウムのモル比が、13:12~11:16の範囲にあることを特徴とする請求項10に記載の薄膜。

【請求項12】
前記4.6eVの位置での光吸収値は、100cm-1以上であることを特徴とする請求項10または11に記載の薄膜。

【請求項13】
10μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一つに記載の薄膜。

【請求項14】
当該薄膜は、ガラス基板上に形成されていることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一つに記載の薄膜。

【請求項15】
電子密度が2.0×1018cm-3~2.3×1021cm-3の結晶質C12A7エレクトライドのターゲットを用いて、0.1Pa未満の酸素分圧の雰囲気下で、気相蒸着法により成膜を行うことにより、非晶質のエレクトライドの薄膜を形成することを特徴とする製造方法。

【請求項16】
カルシウム、アルミニウム、および酸素を含む非晶質固体物質のエレクトライドで構成され、
Al/Caのモル比が0.5~4.7の範囲であり、
電子密度が2.0×1018cm-3以上2.3×1021cm-3以下の範囲であり、
4.6eVの光子エネルギー位置において光吸収を示す、非晶質の薄膜。

【請求項17】
センターの濃度が5×1018cm-3未満である、請求項16に記載の薄膜。

【請求項18】
4.6eVの光子エネルギー位置における光吸収係数に対する、3.3eVの位置における光吸収係数の比が0.35以下である、請求項16または17に記載の薄膜。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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