(57)【要約】  電子素子１は、入射した光３のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体２を備える。電気伝導度変化体２は、ＲＦｅ２Ｏ４を含み、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化することで、その電気伝導度が変化する。これにより、低いエネルギの光に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。
2009028424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から光が入射したときに、入射光のエネルギに応じて内部の電子の状態が変化することで電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備え、
前記電気伝導度変化体は、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍ（Ｒは、Ｉｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種類の元素、Ｍａ、Ｍｂは、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｄから重複を許して選ばれる少なくとも１種類の元素、ｎは１以上の整数、ｍは０以上の整数、δは０以上０．２以下の実数）で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなることを特徴とする電子素子。
【請求項２】
前記層状三角格子構造を有する化合物は、ＲＦｅ２Ｏ４−δであることを特徴とする請求項１記載の電子素子。
【請求項３】
前記電気伝導度変化体は、０．３ｅＶ以上１．４ｅＶ以下のエネルギを有する光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子素子。
【請求項４】
前記電気伝導度変化体は、２μｍ以上の波長を有する赤外光の入射に対して電気伝導度が変化する前記層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子素子。
【請求項５】
前記電気伝導度変化体は、前記層状三角格子構造を有する化合物の単結晶、多結晶、またはその粉末の集合体からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電子素子。
【請求項６】
前記電気伝導度変化体上に形成された第１電極と、
前記電気伝導度変化体上に、前記第１電極に対して電気的に離れて配置された第２電極とを備え、
前記電気伝導度変化体に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を、前記第１電極と前記第２電極との間で検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子素子。
【請求項７】
前記電気伝導度変化体に対して所定位置に設けられた、ｐ型半導体及びｎ型半導体によるｐｎ接合構造を備え、
前記電気伝導度変化体において電気伝導度の変化に伴って発生した電子を前記ｐｎ接合構造での接合界面に導くことで入射光のエネルギを電力に変換することが可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子素子。
【請求項８】
前記電気伝導度変化体は、前記ｐｎ接合構造での接合界面近傍に、前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体とは別体として配置されていることを特徴とする請求項７記載の電子素子。
【請求項９】
前記ｎ型半導体は前記電気伝導度変化体によって構成され、前記電気伝導度変化体及び前記ｐ型半導体によって前記ｐｎ接合構造が構成されていることを特徴とする請求項７記載の電子素子。
【請求項１０】
電気伝導度変化体に外部から光を入射させ、前記電気伝導度変化体への入射光のエネルギに応じた内部の電子の状態の変化によって前記電気伝導度変化体の電気伝導度の変化を制御するとともに、
前記電気伝導度変化体は、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍ（Ｒは、Ｉｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種類の元素、Ｍａ、Ｍｂは、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｄから重複を許して選ばれる少なくとも１種類の元素、ｎは１以上の整数、ｍは０以上の整数、δは０以上０．２以下の実数）で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなることを特徴とする電気伝導度制御方法。
【請求項１１】
前記層状三角格子構造を有する化合物は、ＲＦｅ２Ｏ４−δであることを特徴とする請求項１０記載の電気伝導度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備えた電子素子、及び、電気伝導度変化体に光を入射させ、電気伝導度変化体に入射させた光のエネルギに応じて電気伝導度変化体の電気伝導度を制御する電気伝導度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池や光センサは、光に励起されたイオン原子から放出される電子を、そのすぐ近傍に設けたｐｎ接合面等により構成される電場勾配に捉えさせることを動作の基本としている（非特許文献１参照）。【０００３】
図３（ａ）は従来のシリコンｐｎ接合太陽電池の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）はその断面図である。従来のシリコンｐｎ接合太陽電池は、ｐ型シリコンを備えている。ｐ型シリコンの周囲には、薄いｎ型層が拡散によって形成されている。ｐ型シリコン及びｎ型層には、それぞれ電極が設けられている。【０００４】
図４（ａ）は従来のシリコンｐｎ接合太陽電池のｐｎ接合部の断面図であり、図４（ｂ）は上記従来のシリコンｐｎ接合太陽電池の動作を説明するためのエネルギバンド図である。図４（ａ）を参照すると、光が入射することによって、内部電界のある接合部付近にキャリアが発生する。Ｌｎ、Ｌｐは、電子と正孔の拡散距離を示しており、ｄは、接合深さを示しており、Ｗは、遷移領域幅を示している。図４（ｂ）を参照すると、光生成された電子−正孔対は、遷移領域の内部電界により、左右に分離され、電極に起電力が発生する。【０００５】
図５は、従来のシリコン太陽電池のスペクトル感度特性を示すグラフである。図５に示されるように、従来のシリコン太陽電池は、０．５μｍ〜１．０μｍの波長の光で動作する。ここで、光の波長λとエネルギＥとの関係は、近似的に
Ｅ（ｅＶ）＝１．２４／λ（μｍ）
と表され、例えば波長１．０μｍの光のエネルギは１．２４ｅＶである。
【非特許文献１】浜川圭弘、桑野幸徳、著、「太陽エネルギー工学  アドバンストエレクトロニクスシリーズ  １−３、培風館、１９９４年、第２１頁、図２．６、第２３頁、図２．７
【非特許文献２】N. Ikeda et al., "Ferroelectricity from iron valence ordering in the charge-frustrated system LuFe2O4", Nature, Vol.436, No.7054, pp.1136-1138 (2005)
【非特許文献３】N. Ikeda et al., "Charge Frustration and Dielectric Dispersion in LuFe2O4", Journal of the Physical Society of Japan, Vol.69, No.5, pp.1526-1532 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子が電子を放出するためには、原子核が作るポテンシャル電位から電子を引き剥がす必要があるので、１ｅＶ程度の高いエネルギを有する光を原子に入射する必要がある。具体的に、例えばシリコン太陽電池では、シリコンの価電子帯から伝導帯へのバンドギャップは１．１ｅＶ程度である。このため、従来の構成では、例えば０．３ｅＶ程度のエネルギなどのエネルギの低い光に応答する光センサ、太陽電池を実現することが困難であった。【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決するために、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度を変化させることが可能な電子素子及び電気伝導度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電子素子は、入射した光のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備え、前記電気伝導度変化体は、ＲＦｅ２Ｏ４を含むことを特徴とする。【０００９】
上記の特徴によれば、電気伝導度変化体に含まれるＲＦｅ２Ｏ４では、電子が相互の静電的相互作用により、規則的に配置する性質を有し、さらに規則配置した電子たちは電気分極を持ち、光と相互作用するため、低いエネルギの光で電子分布を変えることができる。この光入射により電子分布が変わるとき、ＲＦｅ２Ｏ４では電子が動き回る。従って、ＲＦｅ２Ｏ４に電極を付けて電気伝導度を測定しておき、光をＲＦｅ２Ｏ４に入射すると、電気伝導度が大きく変動する。その結果、低いエネルギの光に応じて電気伝導度が大きく変化する電子素子を提供することができる。【００１０】
本発明に係る電子素子では、前記電気伝導度変化体は、０．３ｅＶ以上のエネルギを有する光の入射に応じて電気伝導度が変化することが好ましい。上記構成によれば、０．３ｅＶ以上のエネルギの低い光に応答する光センサ及び太陽電池を提供することができる。【００１１】
本発明に係る電子素子では、前記電気伝導度変化体は、赤外光に応じて電気伝導度が変化することが好ましい。上記構成によれば、従来は検出困難であった赤外光に応答する光センサ及び太陽電池を提供することができる。【００１２】
本発明に係る電気伝導度制御方法は、ＲＦｅ２Ｏ４を含む電気伝導度変化体に光を入射させ、前記電気伝導度変化体に入射させた光のエネルギに応じて前記電気伝導度変化体の電気伝導度を制御することを特徴とする。【００１３】
この特徴によれば、電気伝導度変化体に含まれるＲＦｅ２Ｏ４では、電子が相互の静電的相互作用により規則的に配置する性質を有し、さらに規則配置した電子たちは電気分極を持ち、光と相互作用するため、低いエネルギの光で電子分布を変えることができる。この光入射により電子分布が変わるとき、ＲＦｅ２Ｏ４では電子が動き回る。従って、ＲＦｅ２Ｏ４に電極を付けて電気伝導度を測定しておき、光をＲＦｅ２Ｏ４に入射すると、電気伝導度が大きく変動する。その結果、低いエネルギの光に応じて電気伝導度が大きく変化する電気伝導度制御方法を提供することができる。【００１４】
より具体的に説明すると、本発明による電子素子は、外部から光が入射したときに、入射光のエネルギに応じて内部の電子の状態が変化することで電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備え、電気伝導度変化体は、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍ（Ｒは、Ｉｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種類の元素、Ｍａ、Ｍｂは、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｄから重複を許して選ばれる少なくとも１種類の元素、ｎは１以上の整数、ｍは０以上の整数、δは０以上０．２以下の実数）で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなることを特徴とする。【００１５】
また、本発明による電気伝導度制御方法は、電気伝導度変化体に外部から光を入射させ、電気伝導度変化体への入射光のエネルギに応じた内部の電子の状態の変化によって電気伝導度変化体の電気伝導度の変化を制御するとともに、電気伝導度変化体は、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍ（Ｒは、Ｉｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種類の元素、Ｍａ、Ｍｂは、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｄから重複を許して選ばれる少なくとも１種類の元素、ｎは１以上の整数、ｍは０以上の整数、δは０以上０．２以下の実数）で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなることを特徴とする。【００１６】
上記構成によれば、ＲＦｅ２Ｏ４に関して上述したように、電気伝導度変化体の結晶構造において、Ｍａ−ＯあるいはＭｂ−Ｏで構成する三角格子層が２枚積み重なった構造が形成される。そして、このような積層構造において、その一方の層で三角格子を構成する、主に遷移金属で構成されるＭａないしはＭｂイオンの電荷数と、他方の層で三角格子を構成する、主に遷移金属で構成されるＭａないしはＭｂイオンの電荷数とが一致しないことで、上記化合物において特徴的な双極子状の電子配置、電子密度分布が形成される。【００１７】
本発明による電子素子では、上記した電子密度の双極子配置による電荷秩序が入射光の外場によって乱される現象を利用して、その結晶での電気伝導度を変化させている。また、このような結晶中での電荷秩序の崩壊は、例えばシリコンのバンドギャップなどと比較して低いエネルギでも発生する。したがって、上記の構成によれば、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度を変化させることが可能な電子素子、及び電気伝導度制御方法が実現される。このような動作原理による電子素子は、本願発明者によって初めて見出されたものである。【００１８】
上記構成の電子素子及び電気伝導度制御方法において、層状三角格子構造を有する化合物は、ＲＦｅ２Ｏ４−δであることが好ましい。これは、上記の組成式において、Ｍａ＝Ｍｂ＝Ｆｅ、ｎ＝ｍ＝１とした場合に相当する。【００１９】
この場合、電気伝導度変化体の結晶構造において、それぞれＦｅ−Ｏで構成する三角格子層が２枚積み重なった構造が形成される。そして、その一方の層でのＦｅの電荷数と、他方の層でのＦｅの電荷数とが、一方でＦｅ２＋が多く、他方でＦｅ３＋が多くなることで一致しなくなり、それによって双極子状の電子配置が形成される。ＲＦｅ２Ｏ４を用いた電子素子では、このような電荷秩序が入射光の外場によって乱される現象を利用することで、上記したように、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度が変化する電子素子が実現される。【００２０】
ここで、電子素子の電気伝導度変化体は、０．３ｅＶ以上１．４ｅＶ以下のエネルギを有する光の入射に対して電気伝導度が変化する層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることが好ましい。これにより、従来よりも低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。また、このような低エネルギの入射光に対して電気伝導度が変化する素子は、上記した結晶構造を有する化合物を用いることで可能となる。【００２１】
また、電気伝導度変化体は、２μｍ以上の波長を有する赤外光の入射に対して電気伝導度が変化する層状三角格子構造を有する化合物によって構成されていることが好ましい。このような構成によっても、上記構成と同様に、従来よりも低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。【００２２】
また、電気伝導度変化体は、層状三角格子構造を有する化合物の単結晶、多結晶、またはその粉末の集合体からなることが好ましい。電気伝導度変化体の結晶については、これらの形態のいずれによっても、低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度が変化する上記の効果を得ることができる。【００２３】
電子素子の具体的な構成については、電子素子は、電気伝導度変化体上に形成された第１電極と、電気伝導度変化体上に、第１電極に対して電気的に離れて配置された第２電極とを備え、電気伝導度変化体に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を、第１電極と第２電極との間で検出可能とされている構成を用いることができる。このような素子は、例えば、電気伝導度変化体に外部から入射した光を検出する光検出素子として用いることが可能である。【００２４】
また、電子素子の他の構成としては、電子素子は、電気伝導度変化体に対して所定位置に設けられた、ｐ型半導体及びｎ型半導体によるｐｎ接合構造を備え、電気伝導度変化体において電気伝導度の変化に伴って発生した電子をｐｎ接合構造での接合界面に導くことで入射光のエネルギを電力に変換することが可能とされている構成を用いることができる。このような素子は、例えば、電気伝導度変化体に外部から入射した光によって電力を生成する太陽電池として用いることが可能である。【００２５】
また、上記のように太陽電池素子として構成された電子素子では、電気伝導度変化体は、ｐｎ接合構造での接合界面近傍に、ｐ型半導体及びｎ型半導体とは別体として配置されていることが好ましい。あるいは、ｎ型半導体は電気伝導度変化体によって構成され、電気伝導度変化体及びｐ型半導体によってｐｎ接合構造が構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る電子素子は、以上のように、電気伝導度変化体にＲＦｅ２Ｏ４を含んでいるので、低いエネルギの光に応じて電気伝導度が大きく変化する電子素子を提供することができるという効果を奏する。【００２７】
本発明に係る電気伝導度制御方法は、以上のように、ＲＦｅ２Ｏ４を含む電気伝導度変化体に光を入射させ、電気伝導度変化体に入射させた光のエネルギに応じて電気伝導度変化体の電気伝導度を制御するので、低いエネルギの光に応じて電気伝導度が大きく変化する電気伝導度制御方法を提供することができる。【００２８】
さらに、本発明による電子素子及び電気伝導度制御方法によれば、電気伝導度変化体として、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍで表され、層状三角格子構造を有する化合物を用いることにより、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度が変化する電子素子、及び電気伝導度制御方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、実施の形態に係る電子素子の構成を説明するための図である。
【図２】図２は、上記電子素子から光源までの距離と、上記電子素子の電気伝導度変化量との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、（ａ）従来のシリコンｐｎ接合太陽電池の構成を示す斜視図、及び（ｂ）その断面図である。
【図４】図４は、（ａ）従来のシリコンｐｎ接合太陽電池のｐｎ接合部の断面図、及び（ｂ）その動作を説明するためのエネルギバンド図である。
【図５】図５は、従来のシリコン太陽電池のスペクトル感度特性を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態に係るＬｕＦｅ２Ｏ４単結晶の電気伝導度が、光照射によって増加することを示すグラフである。
【図７】図７は、ＲＦｅ２Ｏ４の結晶構造を示す（ａ）結晶の立体図、（ｂ）ｂ軸方向から見た図、及び（ｃ）ｃ軸上方から見た図である。
【図８】図８は、ＲＦｅ２Ｏ４の結晶構造における、三角格子面が２枚積み重なった構造を示す図である。
【図９】図９は、交流誘電率を測定するための誘電率測定システムの構成を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、ＬｕＦｅ２Ｏ４に対する交流誘電率の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、誘電率変化の折れ曲がり温度Ｔｒの逆数と、測定周波数ｆとの相関を示すグラフである。
【図１２】図１２は、光検出素子の構成の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、光検出素子の構成の他の例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１２に示した光検出素子における光照射による電気伝導度の変化を示すグラフである。
【図１５】図１５は、図１３に示した光検出素子における光の吸収量の波長依存性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、図１３に示した光検出素子における光照射による電気伝導度の変化を示すグラフである。
【図１７】図１７は、電気伝導度変化体を用いた太陽電池素子について示す模式図である。
【図１８】図１８は、太陽電池素子の構成の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、太陽電池素子の構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…電子素子、２…電気伝導度変化体、３…光、１０、２０…電気伝導度変化体、１１、２１…第１電極、１２、２２…第２電極、２５…基板、３０、４０…電気伝導度変化体、３１、４１…ｎ型半導体層、３２、４２…ｐ型半導体層、４５…基板、３５、５０…電気伝導度変化体（ｎ型半導体層）、３６、５１…ｐ型半導体層、５５…基板。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面とともに本発明による電子素子、及び電気伝導度制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。【００３２】
本発明の一実施形態について図１及び図２に基づいて説明すると以下の通りである。図１は、実施の形態に係る電子素子１の構成を説明するための図である。電子素子１は、入射した光３のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体２を備えている。電気伝導度変化体２は、ＲＦｅ２Ｏ４を含んでいる。【００３３】
ＲＦｅ２Ｏ４は、１９７０年代後半に発見された物質であり、Ｒは、希土類イオンを示しており、ＲＦｅ２Ｏ４（Ｒ＝Ｙ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）と記載される。この物質の基本的な情報は、「Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，Ｅ．Ｔａｋａｙａｍａ−Ｍｕｒｏｍａｃｈｉ  ＆  Ｋ．Ｓｉｒａｔｏｒｉ：Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈｓ  Ｖｏｌ．１３．（ｅｄｓ  Ｋ．Ａ．Ｇｓｃｈｎｅｉｄｎｅｒ，Ｊｒ  ＆  Ｌ．Ｅｙｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９９０）２８３．」という論文に記載されている。【００３４】
ＲＦｅ２Ｏ４は、電子が相互の静電的相互作用により、規則的に配置する性質を有している。規則的に配置した電子たちは、電気分極を持ち、光と相互作用する。このため、低いエネルギの光で電子分布を変えることができる。このような光の入射により、電子分布が変わるとき、ＲＦｅ２Ｏ４では、電子が動き回る。【００３５】
このため、ＲＦｅ２Ｏ４を含む電気伝導度変化体２に電極を設けて、電気伝導度を測定しておき、光３を入射させると、電気伝導度変化体２の電気伝導度が大きく変化する。【００３６】
電気伝導度が大きく変化する電気伝導度変化体２のすぐそばに、ｐｎ接合面等を配置し、電場勾配を設定しておけば、太陽電池と同じように、光入射によって電力を取り出すことができる。なお、これらのＲＦｅ２Ｏ４の結晶構造、及びその電気伝導度変化体としての特性等については、具体的にはさらに後述する。【００３７】
図２は、電子素子１から光源までの距離と、電子素子の電気伝導度変化量との関係を示すグラフである。横軸は電子素子１から光３の光源までの距離（光の照射距離）を表わしており、縦軸は光照射前と光照射後の電子素子１の交流電気伝導度変化量を表わしている。また、この測定において、電子素子１に外部から光を入射させる光源としては、白色光を供給する白熱灯を用いている。【００３８】
ＲＦｅ２Ｏ４の一種であるＬｕＦｅ２Ｏ４の焼結体の交流電気伝導度を測定しながら、電灯からの白色光をＬｕＦｅ２Ｏ４の焼結体に当て、電気抵抗値が下がる様子を測定した。このグラフは、光の照射距離が離れると、入射光の強度が小さくなることで電気抵抗の変化量が小さくなり、また、その関係は距離の二乗に反比例することを示している。以上より、ＬｕＦｅ２Ｏ４の焼結体に光を照射すると、電気伝導度が増大することが分かる。【００３９】
ＰｒＳｒ０．２Ｃａ１．８Ｍｎ２Ｏ７という物質は、電子が相互作用によって規則配置し、さらに規則配置した電子たちが電気分極を有するＲＦｅ２Ｏ４と同等の機能を有する可能性がある。ＰｒＳｒ０．２Ｃａ１．８Ｍｎ２Ｏ７という物質は、「Ｙ．Ｔｏｋｕｎａｇａ，Ｔｈ．Ｌｏｔｔｅｒｍｏｓｅｒ，Ｙ．Ｓ．Ｌｅｅ，Ｒ．Ｋｕｍａｉ，Ｍ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｔ．Ａｒｉｍａ，ａｎｄ  Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ“Ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｒｂｉｔａｌ  ｓｔｒｉｐｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅ  ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔ  ｃｈａｒｇｅ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｓｔａｔｅ  ｉｎ  ｂｉｌａｙｅｒ  ｍａｎｇａｎｉｔｅｓ”，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ５、９３７−９４１（０１  Ｄｅｃ  ２００６）Ｌｅｔｔｅｒｓ」という論文に記載されている。【００４０】
本実施の形態は、相互の静電的相互作用により、規則配置した電子集団が低いエネルギの光に応答する性質に基づいている。このため、下記の２点で効果が得られる。【００４１】
（１）従来の光センサは、１ｅＶ程度のエネルギを持つ青に近い色の光で動作するため、赤外光等の検出は困難である。これに対して本実施の形態によれば、赤外光に応答する電子素子を容易に作成することができる。【００４２】
（２）従来の太陽電池は、青い光（１ｅＶ程度のエネルギを有する）で動作するため、太陽光のエネルギを十分に電力に変換することができない。この弱点を克服するため、波長を短く変換する材料等が開発されつつある。本実施の形態によれば、赤外光に直接応答する太陽電池を作成することができるので、エネルギ利用効率を飛躍的に高めることができる。【００４３】
本実施の形態では、電子の集団において、電子が、相互の静電的相互作用により規則的に配置させ、同時に、電子が、その規則配置に電気分極を持たせ、光と相互作用する性質を利用する。本実施の形態は、電子の配置が、０．３ｅＶの低いエネルギの光で向きを変えるとき、電子が動く性質を利用する。【００４４】
電子の動きを電気伝導度の変化、及び誘電率の変化として捉えることにより、赤外線センサを構成することができる。また、赤外光が入射し電子が動くとき、すぐそばにｐｎ接合面等を配置させ電場勾配を設定しておけば、太陽電池と同じく、赤外光入射によって電力を取り出すことができる太陽電池を形成することができる。【００４５】
図６は、実施の形態に係るＬｕＦｅ２Ｏ４単結晶の電気伝導率が、光照射によって増加することを示すグラフである。図６には、ＬｕＦｅ２Ｏ４単結晶の電気伝導度を測定しながら、光の照射と消去とを繰り返した場合に電気伝導度が変化することが示されている。図６の縦軸は、ＬｕＦｅ２Ｏ４単結晶の電気伝導度を対数によって表示している。横軸は、測定の時間を表す。初め、光は消去状態であり、光を照射するに伴って電気伝導度が上昇する。そして、光を消去すると電気伝導度が低下する。【００４６】
また、図６のグラフには、１００Ｋ（ケルビン）における測定結果を示すグラフＣ１、２００Ｋにおける測定結果を示すグラフＣ２、３００Ｋにおける測定結果を示すグラフＣ３、及び４００Ｋにおける測定結果を示すグラフＣ４が示されている。これらのグラフＣ１〜Ｃ４からわかるように、ＬｕＦｅ２Ｏ４での光照射による電気伝導度の増大効果は低温ほど大きく、例えば１００Ｋのデータでは光照射によって電気伝導度が１０倍増加している。【００４７】
これは、光照射による伝導度の増加が光照射による試料の加熱等の原因によるものではなく、その結晶構造での本質的な電子状態の変化に起因するものであることを示すものである。また、ここでは、電気伝導度変化体を構成するＲＦｅ２Ｏ４の一例としてＬｕＦｅ２Ｏ４について説明したが、Ｒとして他の元素を用いた場合でも、それらに共通する結晶構造及び特性により、同様な効果が得られることが期待できる。【００４８】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。【００４９】
本発明による電子素子、及び電気伝導度制御方法についてさらに説明する。まず、本発明による電子素子において電気伝導度変化体として用いられる結晶、及びその特性について説明する。【００５０】
上記実施形態では、電気伝導度変化体としてＲＦｅ２Ｏ４を用いた場合について説明したが、本発明による電子素子及び電気伝導度制御方法では、一般には、電気伝導度変化体は、その組成が（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍ（Ｒは、Ｉｎ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｓｎ，Ｈｆから選ばれる少なくとも１種類の元素、Ｍａ、Ｍｂは、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｄから重複を許して選ばれる少なくとも１種類の元素、ｎは１以上の整数、ｍは０以上の整数、δは０以上０．２以下の実数）で表され、層状三角格子構造を有する化合物からなることが好ましい。このような電気伝導度変化体に対して外部から光を入射させると、入射光のエネルギに応じて内部の電子の状態が変化し、それによってその電気伝導度を変化させることができる。ここで、ｎは１以上３以下の整数であることが特に好ましい。また、ｍは０以上１以下の整数であることが特に好ましい。【００５１】
また、電気伝導度変化体に用いられる層状三角格子構造を有する化合物としては、具体的にはＲＦｅ２Ｏ４−δを好適に用いることができる。これは、上記の組成式において、Ｍａ＝Ｍｂ＝Ｆｅ、ｎ＝ｍ＝１とした場合に相当する。なお、以下においては、酸素欠損δについて、特に必要な場合を除いて記載を省略して、単に（ＲＭｂＯ３）ｎ（ＭａＯ）ｍ、あるいはＲＦｅ２Ｏ４と表記する。【００５２】
上記した化合物の結晶構造、及びその特性について、ＲＦｅ２Ｏ４を例として説明する（非特許文献２、３参照）。図７は、ＲＦｅ２Ｏ４の結晶構造を示す図であり、図７（ａ）は結晶の立体図、図７（ｂ）は結晶をｂ軸方向から見た図、図７（ｃ）は結晶をｃ軸上方から見た図を示している。【００５３】
図７に示すようにＲＦｅ２Ｏ４の結晶は、Ｒ、Ｆｅ、Ｏにより構成される三角格子層がｃ軸方向に層状に積み重なった積層構造を有している。Ｒ、及びＦｅに注目すると、Ｒには、上下２層のＯが八面体型に配位しており（この層をＵ層と呼ぶ）、Ｆｅには、Ｆｅ層とほとんど同一平面上にあるＯ層と、その上下にある２層のＯとが三方両錐型に配位している（この層をＴ層と呼ぶ）。これにより、この結晶は、全体としてはＵ層の間に２枚のＴ層が挟まれた構造となっている。ここで、２枚のＴ層をそれぞれＴ１層、Ｔ２層と呼ぶ。また、Ｕ層に挟まれた２枚のＴ層をＷ層と呼ぶ。【００５４】
図７（ｂ）に、上記したＵ層、Ｔ１層、Ｔ２層を六方晶のｂ軸方向から見た図を示す。Ｕ層は、Ｒとその上下のＯの層（層５３０、５４０）を含む層である。Ｔ１層は、Ｒのｃ軸上方にあるＦｅと、Ｆｅとほぼ同一平面上にあるＯの層（層５２０）と、そのｃ軸上下方向にあるＯの層（層５１０、５３０）からなる。また、Ｔ２層は、Ｔ１層のｃ軸上方にあるＦｅと、Ｆｅとほぼ同一平面上にあるＯの層（層５１０）と、そのｃ軸上下方向にあるＯの層（層５００、５２０）からなる。したがって、Ｕ層、Ｔ１層、Ｔ２層の上下の酸素は、隣接する層と共有される構造となっている。【００５５】
また、図７（ｃ）は、結晶をｃ軸上方から見た図を示している。上記の結晶構造においてｃ軸方向に積み上がる三角格子層には、Ａ、Ｂ、Ｃの指標を付してある。これらの層は、ｃ軸方向にＡ、Ｂ、Ｃの位相が回りながら積み上がるため、その構造をｃ軸方向から見ると図７（ｃ）のようになる。【００５６】
上記の結晶構造において、Ｗ層に存在する２枚のＦｅ−Ｏの三角格子層は、三角形が持つ幾何学的特徴などにより、ＲＦｅ２Ｏ４に特徴的な物性の発現機構の主役を担っている。また、より一般的に（ＲＭｂＯ３）ｎ（ＭａＯ）ｍについて考えた場合、Ｍａ−ＯあるいはＭｂ−Ｏで構成する三角格子層が２枚積み重なった構造により、ＲＦｅ２Ｏ４と同様に特徴的な物性が発現する。【００５７】
図８は、上記したＲＦｅ２Ｏ４の結晶構造における、三角格子層が２枚積み重なった構造を、Ｆｅイオンについて示す図である。図８に示すように、このような三角格子層の積層構造では、その一方の層でのＦｅの電荷数と、他方の層でのＦｅの電荷数とが、一方（図中の下層）でＦｅ２＋が多く、他方（図中の上層）でＦｅ３＋が多くなることで一致しなくなる。【００５８】
また、この構造では、平均電荷数Ｆｅ２．５＋からみて、Ｆｅ２＋は電子が過剰な負電荷としての役割を持ち、Ｆｅ３＋は電子が欠損した正電荷としての役割を持つ。したがって、上記のようなＦｅ２＋及びＦｅ３＋の秩序配列構造と、その配置の偏りにより、双極子状の電子配置、電子密度分布が形成される。このようなＷ層での電荷秩序構造は、三角格子上に置かれたＦｅ２＋とＦｅ３＋とのクーロン相互作用によるものである。【００５９】
ＲＦｅ２Ｏ４−δを用いた電子素子では、このような電荷秩序が入射光の外場によって乱される現象を利用することで、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。【００６０】
また、より一般的な（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍでは、三角格子層の積層構造において、その一方の層で三角格子を構成する、主に遷移金属で構成されるＭａないしはＭｂイオンの電荷数と、他方の層で三角格子を構成する、主に遷移金属で構成されるＭａないしはＭｂイオンの電荷数とが一致しないことで、双極子状の電子配置が形成される。（ＲＭｂＯ３−δ）ｎ（ＭａＯ）ｍを用いた電子素子では、このような電荷秩序が入射光の外場によって乱される現象を利用することで、ＲＦｅ２Ｏ４−δを用いた場合と同様に、低いエネルギの光の入射に応じて内部の電子の状態が変化し、それによって電気伝導度が変化する電子素子が実現される。【００６１】
ここで、シリコンなどの半導体では、バンドギャップを越えて価電子帯の電子が伝導帯に励起されないとキャリアが生成されず、電気伝導度の変化は起こらない。また、シリコンを含めて、上記したような電子相関効果、及び双極子状の電子配置を持たない通常の物質では、そのバンドギャップは大きな値をとり、したがって、低エネルギの入射光に対してはキャリアの生成が起こらない。【００６２】
一方、ＲＦｅ２Ｏ４のように電子相関効果によって電子が止まっている物質では、そもそも、伝導帯に存在する電子群も相関効果により止まった状態となる。このため、このような物質では、光励起によるキャリア生成において高いエネルギは必要とはならず、結晶中での電荷秩序の崩壊は、例えばシリコンのバンドギャップなどと比較して低いエネルギで発生し得る。【００６３】
また、ＲＦｅ２Ｏ４のように双極子状の電子配置を持つ物質では、電子相関効果のみしか持たない物質に比べて、入射光の電子との衝突確率が高いと考えられる。したがって、このような物質を電気伝導度変化体に用いて電子素子を構成することにより、低エネルギの入射光に対して電気伝導度が変化するとともに、光吸収、及びそれによる伝導帯内で動きやすい電子の放出が高効率で起こる素子を実現することができる。【００６４】
また、シリコンなどの半導体を用いた光検出素子や太陽電池素子などの電子素子では、従来技術について上述したようにｐ型半導体及びｎ型半導体によるｐｎ接合を形成する必要がある。これに対して、電気伝導度変化体の結晶として（ＲＭｂＯ３）ｎ（ＭａＯ）ｍを用いる構成では、ｎ型半導体の役割を持つため、ｐｎ接合などの構造を必要とせず、この物質単体で同等の機能を実現することが可能である。このため、例えばＳｉ原料の市場供給状況に依存しない電子素子を提供することができる。また、電気伝導度変化体の結晶としてＲＦｅ２Ｏ４を用いた場合には、鉄を原料としているため、安定した素子生産が可能である。【００６５】
上記の結晶において、電子相関によって形成された電子集団が、その配置を再形成するために必要なエネルギ（バンドギャップに相当）は、交流誘電率の測定結果から求めることができる。図９は、交流誘電率を測定するための誘電率測定システムの構成を概略的に示す図である。ここでは、試料１００となるＲＦｅ２Ｏ４などの物質をペレット状に整形してコンデンサの形状とし、その上面、下面にそれぞれ電極１０１、１０２を形成する。また、誘電率測定器は、試料１００に交流電圧を印加して流れる電流を測定する端子Ａ、Ｂと、交流電圧を一定とするためのフィードバック用の電圧測定端子Ｃ、Ｄとを有している。この構成は、広く知られている標準的なインピーダンス測定における測定構成である。【００６６】
図１０は、試料１００としてＬｕＦｅ２Ｏ４の結晶を用いて行われた測定における交流誘電率の測定結果を示すグラフであり、横軸は温度（Ｋ）を示し、縦軸は比誘電率ε’を示している。また、図１０のグラフでは、１ｋＨｚ、３ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、３００ｋＨｚ、及び１ＭＨｚの各周波数について、比誘電率の温度変化を示している。これらのグラフから、各周波数に対して誘電率変化の折れ曲がり温度Ｔｒを求める。例えば、周波数１ｋＨｚのデータでは、折れ曲がり温度はＴｒ＝１７５Ｋである。【００６７】
図１１は、誘電率変化の折れ曲がり温度Ｔｒの逆数と、測定周波数ｆとの相関を示すグラフであり、横軸は１０００／Ｔｒ（Ｋ−１）を示し、縦軸は測定周波数ｆ（Ｈｚ）を示している。このようなデータプロットに対し、データを最も良く近似するように、次式
ｆ＝ｆ０ｅｘｐ（−Ｕ／ｋＴ）
におけるパラメータＵを決定する。ここで、ｋはボルツマン定数、ｆ０はフィッティングの際の定数である。【００６８】
このようにして求められるパラメータＵは温度のエネルギー単位を持つ量であるため、その値を１１６０４でわることによってｅＶ単位に換算することができる。また、この換算されたエネルギ値は、バンドギャップに相当し、電子相関によって形成された電子集団が、その配置を再形成するために必要な活性化エネルギを示している。図１１に示した例では、酸素欠損δ＝０．００９の結晶に対して、活性化エネルギＵ＝０．３０ｅＶが求められており、例えばシリコンのバンドギャップなどと比べて低いエネルギとなっていることがわかる。【００６９】
また、例えばシリコンのバンドギャップは、電子が持つ準位間のエネルギ差で決まるものであるため、その値を調整することはできない。これに対して、上記のように結晶での電子相関効果、及び双極子状の電子配置を利用した電気伝導度変化体では、その組成等を調整することにより、このような活性化エネルギＵの値をある程度調整することが可能である。例えば、図１１の例では、酸素欠損をδ＝０．０３とした結晶について、Ｕ＝０．４４ｅＶが求められている。【００７０】
ここで、上記した電子素子において、（ＲＭｂＯ３）ｎ（ＭａＯ）ｍ（好ましくはＲＦｅ２Ｏ４）を用いた電気伝導度変化体は、０．３ｅＶ以上１．４ｅＶ以下のエネルギを有する光の入射に対して電気伝導度が変化する化合物によって構成されていることが好ましい。これにより、従来よりも低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。また、このような低エネルギの入射光に対して電気伝導度が変化する素子は、上記した結晶構造及び特性を有する化合物を用いることで可能となったものである。【００７１】
また、電気伝導度変化体は、２μｍ以上の波長を有する赤外光の入射に対して電気伝導度が変化する化合物によって構成されていることが好ましい。このような構成によっても、上記構成と同様に、従来よりも低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度を変化させることが可能な電子素子が実現される。【００７２】
また、電気伝導度変化体は、層状三角格子構造を有する化合物の単結晶、多結晶、またはその粉末の集合体からなることが好ましい。電気伝導度変化体の結晶については、これらの形態のいずれによっても、低いエネルギの光の入射に応じて電気伝導度が変化する上記の効果を得ることができる。【００７３】
次に、本発明による電子素子の具体例について説明する。なお、以下においては、電気伝導度変化体に用いる化合物をＲＦｅ２Ｏ４とした場合について電子素子の構成等について説明するが、同様の構成は、電気伝導度変化体の化合物として（ＲＭｂＯ３）ｎ（ＭａＯ）ｍを用いた場合にも適用可能である。【００７４】
本発明による電子素子の第１の具体例として、電子素子は、電気伝導度変化体上に形成された第１電極と、電気伝導度変化体上に、第１電極に対して電気的に離れて配置された第２電極とを備え、電気伝導度変化体に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を、第１電極と第２電極との間で検出可能とされている構成を用いることができる。このような素子は、例えば、電気伝導度変化体に外部から入射した光を検出する光検出素子として用いることが可能である。【００７５】
図１２は、本発明による電子素子である光検出素子の構成の一例を示す図である。本構成例による光検出素子は、バルク体として形成されたＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体１０と、電気伝導度変化体１０の上面上で図中の左側に形成された第１電極１１と、電気伝導度変化体１０の上面上で図中の右側に形成された第２電極１２とを備えて構成されている。【００７６】
本光検出素子は、このような構成により、電気伝導度変化体１０に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を電極１１、１２の間で検出し、それによって電気伝導度変化体１０への入射光を検出可能に構成されている。このような素子は、例えば従来のフォトダイオード、あるいはフォトトランジスタに相当する機能を有するものである。【００７７】
図１３は、本発明による電子素子である光検出素子の構成の他の例を示す図である。本構成例による光検出素子は、支持基板２５と、基板２５上に薄膜として形成されたＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体２０と、電気伝導度変化体２０の上面上で図中の左側に形成された第１電極２１と、電気伝導度変化体２０の上面上で図中の右側に形成された第２電極２２とを備えて構成されている。【００７８】
本光検出素子は、このような構成により、電気伝導度変化体の薄膜２０に光が入射したときに生じる電気伝導度の変化を電極２１、２２の間で検出し、それによって電気伝導度変化体２０への入射光を検出可能に構成されている。【００７９】
図１４は、図１２に示したＲＦｅ２Ｏ４のバルク体を用いた光検出素子における光照射による電気伝導度の変化を示すグラフである。ここでは、電気伝導度変化体１０について、電極１１、１２が対向配置されている図中の左右方向がｃ軸方向となるようにＬｕＦｅ２Ｏ４の単結晶を配置するとともに、その左右方向の長さをｌ１＝２ｍｍ、幅をｗ１＝１ｍｍ、厚さをｔ１＝０．５ｍｍに設定している。このような構成では、電極１１、１２間の電圧は、電気伝導度変化体１０の結晶に対してｃ軸方向に印加される。【００８０】
また、図１４において、グラフＡ１は、白色光をそのままＬｕＦｅ２Ｏ４に照射した場合の電気伝導度の変化を示し、グラフＡ２は、赤外光をカットする光フィルタを挿入して測定を行った場合の電気伝導度の変化を示し、グラフＡ３は、可視光のみを透過する光フィルタを挿入して測定を行った場合の電気伝導度の変化を示している。グラフＡ１、Ａ２の差からわかるように、この電子素子では、赤外領域の波長を有する低エネルギの入射光に対しても、電気伝導度が大きく変化している。また、グラフＡ１〜Ａ３からわかるように、波長領域全体としても、広い波長領域にわたって電気伝導度が変化している。【００８１】
図１５は、図１３に示したＲＦｅ２Ｏ４の薄膜を用いた光検出素子における光の吸収量の波長依存性を示すグラフである。ここでは、電気伝導度変化体２０として、ＬｕＦｅ２Ｏ４の多結晶薄膜を用いるとともに、基板２５の左右方向の長さをｌ２＝８ｍｍ、幅をｗ２＝５ｍｍ、ＬｕＦｅ２Ｏ４薄膜の厚さを４００ｎｍ〜１μｍに設定している。【００８２】
図１５のグラフは、上記したＬｕＦｅ２Ｏ４薄膜による光吸収が、入射光の波長に対してどのように変化するかを測定した結果を示している。この測定結果では、波長１５００ｎｍ以下の光からＬｕＦｅ２Ｏ４薄膜による吸収が始まり、波長８００ｎｍ付近に特徴的な吸収があり、さらに短波長の光まで良く光が吸収されていることが示されている。【００８３】
すなわち、この電気伝導度変化体では、典型的な光吸収物質であるＳｉよりも、広い波長範囲で光吸収が起こっていることがわかる。また、特徴的な吸収を示している波長８００ｎｍは、エネルギ１．４ｅＶ付近である。このことは、後述するように電子素子を太陽電池に適用した場合に、上記の電気伝導度変化体が、太陽電池に用いられる光電子放出体としても、優れた特性を有していることを示している。【００８４】
図１６は、図１３に示したＲＦｅ２Ｏ４の薄膜を用いた光検出素子における光照射による電気伝導度の変化を示すグラフである。このような薄膜試料においても、図１４に示したバルク体試料の場合と同様に、電気伝導度が大きく変化していることがわかる。なお、電気伝導度変化体としてＲＦｅ２Ｏ４の薄膜を用いる場合、薄膜の厚さについては、１０ｎｍ以上の厚さとすることが好ましい。【００８５】
本発明による電子素子の第２の具体例として、電子素子は、電気伝導度変化体に対して所定位置に設けられた、ｐ型半導体及びｎ型半導体によるｐｎ接合構造を備え、電気伝導度変化体において電気伝導度の変化に伴って発生した電子をｐｎ接合構造での接合界面に導くことで入射光のエネルギを電力に変換することが可能とされている構成を用いることができる。このような素子は、例えば、電気伝導度変化体に外部から入射した光によって電力を生成する太陽電池素子として用いることが可能である。このような太陽電池によれば、上述したＲＦｅ２Ｏ４の特性により、例えば１．４ｅＶ以下、あるいはさらに０．３ｅＶ以下などの低エネルギの光を用いても、光電子放出による電力生成が可能である。【００８６】
また、上記のように太陽電池素子として構成された電子素子では、さらに具体的には、電気伝導度変化体が、ｐｎ接合構造での接合界面近傍に、ｐ型半導体及びｎ型半導体とは別体として配置されている構成を用いることができる。あるいは、ｎ型半導体が電気伝導度変化体によって構成され、電気伝導度変化体及びｐ型半導体によってｐｎ接合構造が構成されている構成を用いることができる。【００８７】
図１７は、ＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体を用いた太陽電池素子について示す模式図である。図１７（ａ）に示す太陽電池素子では、ｎ型半導体層３１と、ｐ型半導体層３２とによってｐｎ接合構造が形成されるとともに、それらの半導体層３１、３２に挟まれた接合界面の位置に、半導体層３１、３２とは別体として、ＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体３０が配置されている。この場合の電気伝導度変化体３０としては、例えばＲＦｅ２Ｏ４の粉末の集合体を用いることができる。図１７（ａ）においては、ＲＦｅ２Ｏ４の粉末での電気分極の向きを矢印によって模式的に示している。【００８８】
また、図１７（ｂ）に示す太陽電池素子では、ｎ型半導体層３５をＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体によって構成するとともに、その電気伝導度変化体３５と、ｐ型半導体層３６とによってｐｎ接合構造を形成している。ＲＦｅ２Ｏ４の結晶は、上記したように光電子放出体として機能すると同時に、ｎ型半導体としての特性を有している。【００８９】
図１８は、本発明による電子素子である太陽電池素子の構成の一例を示す図である。本構成例による太陽電池素子は、図１７（ａ）に示した構成の具体例に相当するものであり、支持基板４５と、基板４５上に形成されたｎ型半導体薄膜４１、及びｐ型半導体薄膜４２と、半導体薄膜４１、４２によるｐｎ接合界面近傍に配置された、ＲＦｅ２Ｏ４の微粒子群からなる電気伝導度変化体４０とを備えて構成されている。【００９０】
本太陽電池素子は、このような構成により、電気伝導度変化体の微粒子群４０に光が入射したときに電気伝導度の変化に伴って放出される電子をｐｎ接合界面の電場に導き、それによって入射光のエネルギを電力に変換することが可能に構成されている。【００９１】
図１９は、本発明による電子素子である太陽電池素子の構成の他の例を示す図である。本構成例による太陽電池素子は、図１７（ｂ）に示した構成の具体例に相当するものであり、支持基板５５と、基板５５上に形成され、ｎ型半導体薄膜として機能するＲＦｅ２Ｏ４による電気伝導度変化体薄膜５０と、電気伝導度変化体薄膜５０上に形成されたｐ型半導体薄膜５１とを備えて構成されている。【００９２】
本太陽電池素子は、このような構成により、電気伝導度変化体の薄膜５０に光が入射したときに電気伝導度の変化に伴って放出される電子をｐｎ接合界面の電場に導き、それによって入射光のエネルギを電力に変換することが可能に構成されている。【００９３】
本発明による電子素子、及び電気伝導度制御方法は、上記実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光検出素子の構成については、図１２、１３はその例を示すものであり、例えば電気伝導度変化体の形状、電極の形状、配置など、具体的には様々な構成を用いて良い。また、太陽電池素子の構成についても、同様に様々な構成を用いて良い。また、本発明による電子素子は、上記した光検出素子、太陽電池素子以外にも、様々な素子に対して適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、入射した光のエネルギに応じて電気伝導度が変化する電気伝導度変化体を備えた電子素子、例えば、光センサ、太陽電池に適用することができ、また、電気伝導度変化体に光を入射させ、電気伝導度変化体に入射させた光のエネルギに応じて電気伝導度変化体の電気伝導度を制御する電気伝導度制御方法に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図７】
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【国際調査報告】
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