硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法
【課題】 新規なナノサイズの電子デバイスへの応用が期待される硫化亜鉛膜で覆われた
珪素ナノ粒子とその製造方法を提供する。
【解決手段】 硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れて、このるつぼ
を加熱炉に設置する。不活性ガスを流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間加熱した後、
さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱することにより、珪素ナノ粒子の直径50〜100ナノ
メートル、硫化亜鉛膜の厚さ50〜100ナノメートルの硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子
を製造する。
珪素ナノ粒子とその製造方法を提供する。
【解決手段】 硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れて、このるつぼ
を加熱炉に設置する。不活性ガスを流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間加熱した後、
さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱することにより、珪素ナノ粒子の直径50〜100ナノ
メートル、硫化亜鉛膜の厚さ50〜100ナノメートルの硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子
を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な導波管のような新規なナノサイズの電子デバイスへの応用が期待され
る硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
およそ1.2eV程度のバンドギャップエネルギーを持つ珪素は、現代の半導体工業を支え
る重要な材料となっている。一方、約3.68evのバンドギャップエネルギーを有する硫化亜
鉛は、青色発光のエレクトロルミネッセンスデバイス用に検討されている（例えば、非特
許文献１，２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】P.Thioulouse; J.Cryst.Growth; 72巻、545頁、1985年
【非特許文献２】R.Nakano; ほか、Jpn.J.Appl.Phys.; 27巻、L2103頁、1988年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の現状に鑑み、電子デバイスへの応用が期待される新規なナノ粒子を提
供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、新規な硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法を提供する。
すなわち、本発明は、内側が珪素ナノ粒子で、その外側に硫化亜鉛膜があり、珪素ナノ
粒子の直径が50〜100ナノメートルであり、硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルであ
る硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子を提供する。
【０００６】
硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法は以下の通りである。硫化亜鉛粉末と一
酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に設置し、窒素ガスな
どの不活性ガスを500〜2000sccmの流量で流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間保持した
後、さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱して、珪素ナノ粒子の直径が50〜100ナノメー
トルで、硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルである硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ
粒子を製造する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ナノメートルサイズの電子デバイスにその利用が期待される新規な硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子は、内側の珪素ナノ球状粒子の直径が50〜
100ナノメートルで、外側の硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルであることを特徴と
している。これらの二種の材料のバンドギャップ差が大きいから、サイズが微小になって
も電子デバイスへの応用に適する。
【０００９】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に
設置する。窒素ガスなどの不活性ガスを500〜2000sccmの流量で流しながら、900〜1100℃
に0.8〜2時間保持した後、さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱して、珪素ナノ粒子の直
径が50〜100ナノメートルで、外側の硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルである硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子を製造する。
【００１０】
上記において、硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物の重量比は1:1〜2:1の範囲が
好ましく、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が多いと、目的生成物のほかに、硫化亜鉛ナ
ノロッドやナノシートが混在する。逆に、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が少ないと目
的生成物中に珪素ナノワイヤーが混入する。
【００１１】
最初の加熱温度は、900〜1100℃の範囲が好ましく、1100℃で十分に珪素ナノ粒子が生
成するので、これ以上の温度にする必要はない。900℃以下の温度では、目的物は得られ
ない。900〜1100℃で加熱する際の加熱時間は0.8〜2時間の範囲が好ましく、2時間以上の
時間をかけると珪素ナノ粒子が酸化される懸念がある。0.8時間未満の場合には収量が低
下する。
【００１２】
そのつぎの段階の加熱温度は1100〜1200℃の範囲が好ましく、1200℃で十分に硫化亜鉛
の蒸気が発生するので、これ以上の温度にする必要はない。1100℃以下では収量が著しく
低下する。この段階における加熱時間は1〜2時間の範囲が好ましく、2時間で十分に硫化
亜鉛の結晶が成長するので、これ以上の時間をかける必要はない。1時間未満の場合は、
収量が低下する。窒素ガスなどの不活性ガスの流量は500〜2000sccmの範囲が好ましく、2
000sccmの流量でその目的を十分達成するので、これ以上の流量にする必要はない。500sc
cm以下の場合は収量が低下する。このような操作を施すことにより、黄色の粉末が加熱炉
の石英管の内壁に堆積する。
【実施例１】
【００１３】
シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末（純度99.99%）1.5gとシグマ・アルドリッチ
社製の一酸化ケイ素粉末（325メッシュ）1.0gの混合物をグラファイトるつぼに入れ、こ
のグラファイトるつぼを横型抵抗加熱炉中の石英管内に取り付けた。窒素ガスを1.0 L/mi
nの流量で流しながら、10℃/minの昇温速度で加熱し、950℃に達したとき、この温度で1
時間保持した。その後、さらに温度を上げ、1180℃で1.5時間加熱した。石英管の内壁の7
00〜800℃に保たれていた部分に黄色の粉末が数ミリグラム堆積していた。
【００１４】
図１に、黄色堆積物の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。この写真から直径約90〜18
0ナノメートルの球状粒子が生成していることが分かる。また、各球状粒子には、明瞭な
明暗が映っており、コア部の中心部と外側を覆っている殻の中心部とが同心状の二重構造
の球状粒子であることも分かる。内部の球状粒子の直径は約50〜100ナノメートルで、そ
の外側を覆っている層の厚さは約50〜100ナノメートルであることが分かった。
【００１５】
図２に、二重構造の球状粒子の外側部分のエネルギー分散型X線分析のスペクトルを示
した。亜鉛と硫黄のシグナルが現れており、化学量論組成の硫化亜鉛からなることが分か
った。なお、この図で銅と炭素のシグナルが現れているが、これは観察用試料を作製する
際に用いたカーボン膜をコートした銅グリッドから発生したものである。
【００１６】
図３に、球状粒子の内部を含む全体のエネルギー分散型X線分析のスペクトルを示した
が、先の亜鉛と硫黄のほかに，珪素のシグナルが現れており、内部は珪素から成る組成で
あることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明により、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の提供が可能となったので、導波管
等の新規なナノ電子デバイスへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図２】図２は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の硫化亜鉛部分のエネルギー分散型X線分析の図である。
【図３】図３は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子全体のエネルギー分散型X線分析の図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な導波管のような新規なナノサイズの電子デバイスへの応用が期待され
る硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
およそ1.2eV程度のバンドギャップエネルギーを持つ珪素は、現代の半導体工業を支え
る重要な材料となっている。一方、約3.68evのバンドギャップエネルギーを有する硫化亜
鉛は、青色発光のエレクトロルミネッセンスデバイス用に検討されている（例えば、非特
許文献１，２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】P.Thioulouse; J.Cryst.Growth; 72巻、545頁、1985年
【非特許文献２】R.Nakano; ほか、Jpn.J.Appl.Phys.; 27巻、L2103頁、1988年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の現状に鑑み、電子デバイスへの応用が期待される新規なナノ粒子を提
供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、新規な硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法を提供する。
すなわち、本発明は、内側が珪素ナノ粒子で、その外側に硫化亜鉛膜があり、珪素ナノ
粒子の直径が50〜100ナノメートルであり、硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルであ
る硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子を提供する。
【０００６】
硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法は以下の通りである。硫化亜鉛粉末と一
酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に設置し、窒素ガスな
どの不活性ガスを500〜2000sccmの流量で流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間保持した
後、さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱して、珪素ナノ粒子の直径が50〜100ナノメー
トルで、硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルである硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ
粒子を製造する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ナノメートルサイズの電子デバイスにその利用が期待される新規な硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子とその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子は、内側の珪素ナノ球状粒子の直径が50〜
100ナノメートルで、外側の硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルであることを特徴と
している。これらの二種の材料のバンドギャップ差が大きいから、サイズが微小になって
も電子デバイスへの応用に適する。
【０００９】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に
設置する。窒素ガスなどの不活性ガスを500〜2000sccmの流量で流しながら、900〜1100℃
に0.8〜2時間保持した後、さらに、1100〜1200℃で1〜2時間加熱して、珪素ナノ粒子の直
径が50〜100ナノメートルで、外側の硫化亜鉛膜の厚さが50〜100ナノメートルである硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子を製造する。
【００１０】
上記において、硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物の重量比は1:1〜2:1の範囲が
好ましく、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が多いと、目的生成物のほかに、硫化亜鉛ナ
ノロッドやナノシートが混在する。逆に、この範囲よりも硫化亜鉛粉末の量が少ないと目
的生成物中に珪素ナノワイヤーが混入する。
【００１１】
最初の加熱温度は、900〜1100℃の範囲が好ましく、1100℃で十分に珪素ナノ粒子が生
成するので、これ以上の温度にする必要はない。900℃以下の温度では、目的物は得られ
ない。900〜1100℃で加熱する際の加熱時間は0.8〜2時間の範囲が好ましく、2時間以上の
時間をかけると珪素ナノ粒子が酸化される懸念がある。0.8時間未満の場合には収量が低
下する。
【００１２】
そのつぎの段階の加熱温度は1100〜1200℃の範囲が好ましく、1200℃で十分に硫化亜鉛
の蒸気が発生するので、これ以上の温度にする必要はない。1100℃以下では収量が著しく
低下する。この段階における加熱時間は1〜2時間の範囲が好ましく、2時間で十分に硫化
亜鉛の結晶が成長するので、これ以上の時間をかける必要はない。1時間未満の場合は、
収量が低下する。窒素ガスなどの不活性ガスの流量は500〜2000sccmの範囲が好ましく、2
000sccmの流量でその目的を十分達成するので、これ以上の流量にする必要はない。500sc
cm以下の場合は収量が低下する。このような操作を施すことにより、黄色の粉末が加熱炉
の石英管の内壁に堆積する。
【実施例１】
【００１３】
シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末（純度99.99%）1.5gとシグマ・アルドリッチ
社製の一酸化ケイ素粉末（325メッシュ）1.0gの混合物をグラファイトるつぼに入れ、こ
のグラファイトるつぼを横型抵抗加熱炉中の石英管内に取り付けた。窒素ガスを1.0 L/mi
nの流量で流しながら、10℃/minの昇温速度で加熱し、950℃に達したとき、この温度で1
時間保持した。その後、さらに温度を上げ、1180℃で1.5時間加熱した。石英管の内壁の7
00〜800℃に保たれていた部分に黄色の粉末が数ミリグラム堆積していた。
【００１４】
図１に、黄色堆積物の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。この写真から直径約90〜18
0ナノメートルの球状粒子が生成していることが分かる。また、各球状粒子には、明瞭な
明暗が映っており、コア部の中心部と外側を覆っている殻の中心部とが同心状の二重構造
の球状粒子であることも分かる。内部の球状粒子の直径は約50〜100ナノメートルで、そ
の外側を覆っている層の厚さは約50〜100ナノメートルであることが分かった。
【００１５】
図２に、二重構造の球状粒子の外側部分のエネルギー分散型X線分析のスペクトルを示
した。亜鉛と硫黄のシグナルが現れており、化学量論組成の硫化亜鉛からなることが分か
った。なお、この図で銅と炭素のシグナルが現れているが、これは観察用試料を作製する
際に用いたカーボン膜をコートした銅グリッドから発生したものである。
【００１６】
図３に、球状粒子の内部を含む全体のエネルギー分散型X線分析のスペクトルを示した
が、先の亜鉛と硫黄のほかに，珪素のシグナルが現れており、内部は珪素から成る組成で
あることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明により、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の提供が可能となったので、導波管
等の新規なナノ電子デバイスへの応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図２】図２は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の硫化亜鉛部分のエネルギー分散型X線分析の図である。
【図３】図３は、硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子全体のエネルギー分散型X線分析の図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径50〜100ナノメートルの珪素ナノ粒子の外側が膜厚50〜100ナノメートルの硫化亜鉛層
で覆われていることを特徴とする硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子。
【請求項２】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に設
置し、不活性ガスを流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間保持した後、1100〜1200℃に1
〜2時間加熱することを特徴とする硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の重量比を1:1〜2:1の範囲とすることを特徴とする請求
項２記載の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
不活性ガスとして窒素ガスを使用することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
不活性ガスの流量を500〜2000sccmの範囲とすることを特徴とする請求項２ないし請求項
４のいずれかに記載の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項１】
直径50〜100ナノメートルの珪素ナノ粒子の外側が膜厚50〜100ナノメートルの硫化亜鉛層
で覆われていることを特徴とする硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子。
【請求項２】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の混合物をるつぼに入れ、このるつぼを加熱炉の中に設
置し、不活性ガスを流しながら、900〜1100℃に0.8〜2時間保持した後、1100〜1200℃に1
〜2時間加熱することを特徴とする硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
硫化亜鉛粉末と一酸化ケイ素粉末の重量比を1:1〜2:1の範囲とすることを特徴とする請求
項２記載の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
不活性ガスとして窒素ガスを使用することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の硫化
亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
不活性ガスの流量を500〜2000sccmの範囲とすることを特徴とする請求項２ないし請求項
４のいずれかに記載の硫化亜鉛膜で覆われた珪素ナノ粒子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２７９３１（Ｐ２００６−２７９３１Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０６４７８（Ｐ２００４−２０６４７８）
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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