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公開番号2025134669
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-17
出願番号2025033291
出願日2025-03-03
発明の名称半導体材料およびその製造方法、成形体、光電変換材料、並びに光学フィルター
出願人artience株式会社
代理人個人
主分類H10F 30/10 20250101AFI20250909BHJP()
要約【課題】SWIRセンサーに利用し得る、近赤外領域に光吸収性を示す半導体材料およびその製造方法、成形物、光電変換材料および光学フィルターを提供する。
【解決手段】本開示の半導体材料は、エネルギーバンドギャップが0.7～0.95eVであり、組成式Bi₂OS₂およびBi₂O₂Sの少なくとも一方を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
エネルギーバンドギャップが０．７～０．９５ｅＶであり、
組成式Ｂｉ
２
ＯＳ
２
および組成式Ｂｉ
２
Ｏ
２
Ｓの少なくとも一方を含む、半導体材料。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
粉末Ｘ線回折測定の２θ/θスキャン法で得られるＸ線回折パターンにおいて、２５．３～２６．５°もしくは２３．８～２４．９°の範囲にＸ線回折ピークのピークトップを有する、請求項１に記載の半導体材料。
【請求項３】
前記Ｘ線回折ピークの半値幅が０．０５～１．２°である、請求項２に記載の半導体材料。
【請求項４】
前記組成式Ｂｉ
２
ＯＳ
２
および組成式Ｂｉ
２
Ｏ
２
Ｓの結晶子サイズが、それぞれ独立に、２０～５０００Åである、請求項１に記載の半導体材料。
【請求項５】
以下の（ｉ）又は（ｉｉ）から選択される原料を含む混合物を用いて、メカノケミカル反応によって合成された、請求項１に記載の半導体材料。
（ｉ）組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
および組成式Ｂｉ
２
Ｓ
３
（ｉｉ）Ｂｉ、Ｓおよび組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
【請求項６】
以下の（ｉ）又は（ｉｉ）から選択される原料を含む混合物を得る工程と、
前記混合物をメカノケミカル反応によって、エネルギーバンドギャップが０．７－０．９５ｅＶである半導体材料を合成する工程とを有する、半導体材料の製造方法。
（ｉ）組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
および組成式Ｂｉ
２
Ｓ
３
（ｉｉ）Ｂｉ、Ｓおよび組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
【請求項７】
請求項１～５のいずれかに記載の半導体材料を含む成形体。
【請求項８】
請求項１～５のいずれかに記載の半導体材料を含む、光電変換材料。
【請求項９】
請求項１～５のいずれかに記載の半導体材料を含む、光学フィルター。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体材料およびその製造方法に関する。また、前記半導体材料を含む成形体、光電変換材料および光学フィルターに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
短波長赤外（ＳＷＩＲ／Short-Wavelength InfraRed）領域の光を捉えるＳＷＩＲセンサーを用いることで、可視光では成し得ない新たなセンシング、例えば、半導体のシリコンウェーハを透過して内部欠陥を確認したり、不透明な樹脂素材を透過してパッケージの内容物を確認したりすることが可能となる。しかし、現状のＳＷＩＲセンサーは、ＩｎＧａＡｓなどのように価格的課題があったり、ＰｂＳｅなどのように環境問題において課題があり、普及の障壁となっている。
【０００３】
一方、カルコゲナイド系層状化合物は、その多様な物性から注目を集めており、多くの応用が期待されている。カルコゲナイド系層状化合物の一種であるＢｉ
２
ＯＳ
２
は、非特許文献１においてバンドギャップが０．９９ｅＶであることが報告されている。また、非特許文献２では、バンドギャップが１．１２ｅＶであることが報告されている。更に、非特許文献３、４、５では、バンドギャップが１．３１ｅＶ、１．５ｅＶ、１．２７ｅＶであるＢｉ
２
Ｏ
２
Ｓが報告されている。しかし、これらのバンドギャップは、波長１２００ｎｍ前後以下の波長を利用には適しているが、ＳＷＩＲセンサーとしての利用はできない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
A. Miura et al., Solid State Communications, 2016, 277,19-22.
H. Yu et al., Applied Surface Science, 2020, 513(145874), 1-11.
Z. Wu et al., Journal of Materials Chemistry A., 2019, 7, 14776-14789.
A. L. Pacquette et al., Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2014, 277, 27-36.
F. Wang et al., InfoMat, 2021, 3, 1251-1271.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳＷＩＲセンサーは、食品検査、半導体検査、識別分類、偽造防止等の分野で、今後益々需要が高まることが期待されている。これに伴って、ＩｎＧａＡｓやＰｂＳｅなどの従来の半導体材料に代わる、１３００ｎｍ～１７５０ｎｍ前後のＳＷＩＲ光を吸収できる新たなＳＷＩＲセンサー用の光電変換材料の開発が求められている。
【０００６】
本開示は、上記背景に鑑みてなされたものであり、ＳＷＩＲセンサーに利用し得る、近赤外領域に光吸収性を示す半導体材料およびその製造方法、成形体、光電変換材料並びに光学フィルターを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本開示の課題を解決し得ることを見出し、本開示を完成するに至った。
［１］：エネルギーバンドギャップが０．７～０．９５ｅＶであり、
組成式Ｂｉ
２
ＯＳ
２
および組成式Ｂｉ
２
Ｏ
２
Ｓの少なくとも一方を含む、半導体材料。
［２］：粉末Ｘ線回折測定の２θ/θスキャン法で得られるＸ線回折パターンにおいて、２５．３～２６．５°もしくは２３．８～２４．９°の範囲にＸ線回折ピークのピークトップを有する、［１］に記載の半導体材料。
［３］：前記Ｘ線回折ピークの半値幅が０．０５～１．２°である、［１］又は［２］に記載の半導体材料。
［４］：前記組成式Ｂｉ
２
ＯＳ
２
および組成式Ｂｉ
２
Ｏ
２
Ｓの結晶子サイズが、それぞれ独立に、２０～５０００Åである、［１］～［３］のいずれかに記載の半導体材料。
［５］：以下の（ｉ）又は（ｉｉ）から選択される原料を含む混合物を用いて、メカノケミカル反応によって合成された、［１］～［４］のいずれかに記載の半導体材料。
（ｉ）組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
および組成式Ｂｉ
２
Ｓ
３
（ｉｉ）Ｂｉ、Ｓおよび組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
［６］：以下の（ｉ）又は（ｉｉ）から選択される原料を含む混合物を得る工程と、
前記混合物をメカノケミカル反応によって、エネルギーバンドギャップが０．７－０．９５ｅＶである半導体材料を合成する工程とを有する、半導体材料の製造方法。
（ｉ）組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
および組成式Ｂｉ
２
Ｓ
３
（ｉｉ）Ｂｉ、Ｓおよび組成式Ｂｉ
２
Ｏ
３
［７］：［１］～［５］のいずれかに記載の半導体材料を含む成形体。
［８］：［１］～［５］のいずれかに記載の半導体材料を含む、光電変換材料。
［９］：［１］～［５］のいずれかに記載の半導体材料を含む、光学フィルター。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、ＳＷＩＲセンサーに利用し得る、近赤外領域に吸収を有する半導体材料およびその製造方法、成形体、光電変換材料並びに光学フィルターを提供できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１（ポストアニール処理あり）と実施例２（ポストアニール処理無し）におけるＴａｕｃプロット図。
実施例１～９、比較例１のＸＲＤパターン。
実施例１（ポストアニール処理あり）と実施例２（ポストアニール処理無し）におけるＷｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロット図。
実施例２の半導体材料のＳＥＭ像。
実施例１０のフィルタリング前の半導体層のＳＥＭ像。
実施例１０のスピンコート膜において、吸収率（１００－（透過率Ｔ＋反射率Ｒ））の波長依存性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示を適用した実施形態の一例について説明する。本開示は、本実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨に合致する限り他の実施形態も含まれる。本明細書において「～」を用いて特定される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を含む。本明細書で特定する数値は、実施形態または実施例に開示した方法により求められる値である。また、各種成分は特に注釈しない限り、それぞれ独立に一種単独でも二種以上を併用してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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