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METHOD FOR PRODUCING GROUP IV CLATHRATE meetings

Patent code P150011486
File No. GI-H26-41
Posted date Mar 5, 2015
Application number P2015-033516
Publication number P2016-155698A
Patent number P6432032
Date of filing Feb 24, 2015
Date of publication of application Sep 1, 2016
Date of registration Nov 16, 2018
Inventor
  • (In Japanese)大橋 史隆
  • (In Japanese)野々村 修一
  • (In Japanese)久米 徹二
  • (In Japanese)伴 隆幸
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title METHOD FOR PRODUCING GROUP IV CLATHRATE meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a film-shaped clathrate stably in large quantities.
SOLUTION: The method for producing a clathrate comprises a first heating step of arranging a container 3 having an opening 5 for accommodating a guest atom and a substrate 2 comprising a host atom within a reaction vessel 1 and heating under an atmosphere of an inert gas at a temperature of 500°C or higher for a heating time of not less than 0.5 hour to not more than 24 hours to produce a precursor, a cooling step of cooling the reaction vessel 1 in a state that the container 3 and the substrate 2 are accommodated therein and a second heating step of heating the substrate 2 under a negative pressure of 10-2 Pa or less at a temperature of not less than 300°C to not more than 450°C for an hour or more. In the method, the substrate 2 is arranged at a position lower than the opening 5 of the container 3 in the first heating step.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
クラスレートの製造方法であって、
ゲスト原子を収容した開口部を有する容器と、IV族元素のホスト原子からなる基板と、を反応容器内に配置し、不活性ガスの雰囲気下で500℃以上の温度により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、
ゲスト原子を収容した前記容器とホスト原子からなる前記基板とが配置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300℃以上450℃以下の温度により1時間以上加熱する第二加熱工程と、
を備えており、
第一加熱工程において、ゲスト原子を収容した前記容器の開口部が当該容器の上面に設けられており、ホスト原子からなる前記基板を、前記容器の開口部よりも低い位置に配置しており、
ホスト原子がシリコンであり、ゲスト原子がナトリウムであり、製造されるクラスレートがシリコンクラスレートであることを特徴とするクラスレートの製造方法。

【請求項2】
 
前記冷却工程が徐冷工程であり、
当該徐冷工程の冷却速度が5℃/hr以上20℃/hr以下であ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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015033516thum.jpg
State of application right Registered
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