(57)【要約】【課題】スパッタリング装置やイオン注入装置などの複雑かつ高価な装置を用いることなく、金属酸化物半導体を廉価に製造するとともに、金属酸化物半導体の特性を広範囲に制御する。【解決手段】金属酸化物を粉末状のカーボン中に埋設する。次いで、前記金属酸化物に加熱処理を施し、前記金属酸化物中の酸素の一部を還元反応を通じて離脱させ、前記金属酸化物中に酸素欠陥を生ぜしめて金属酸化物半導体を作製する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を粉末状のカーボン中に埋設する工程と、
前記金属酸化物に加熱処理を施し、前記金属酸化物中の酸素の一部を還元反応を通じて離脱させ、前記金属酸化物中に酸素欠陥を生ぜしめて金属酸化物半導体を作製する工程と、を具えることを特徴とする、金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記カーボンの平均粒度が１．４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理は、前記金属酸化物を密閉容器内に装填するとともに、前記金属酸化物を埋設するように前記カーボンを充填した状態で実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記加熱処理は８００℃〜１８００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記金属酸化物は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記金属酸化物半導体はドーピング元素を含まないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の金属酸化物半導体の製造方法。
【請求項７】
粉末状のカーボンを充填した容器と、加熱処理装置とを具えることを特徴とする、金属酸化物半導体の製造装置。
【請求項８】
前記カーボンの平均粒度が１．４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の金属酸化物半導体の製造装置。
【請求項９】
酸素欠陥を有し、ドーピング元素を含まないことを特徴とする、金属酸化物半導体。
【請求項１０】
ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４からなる群より選ばれる少なくとも一種より構成されることを特徴とする、請求項９に記載の金属酸化物半導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物半導体の製造方法、金属酸化物半導体の製造装置、及び金属酸化物半導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属酸化物半導体を製造したり、その特性を改善したりする場合には、金属酸化物に対して所定の不純物元素をドーピングすることによって実施している。例えば、ＺｎＯ及びＴｉＯ２などの金属酸化物に対しては、不純物元素としてＡｌを添加することにより、半導体的特性を出現させたり、その特性を改善させたりしている。
【０００３】
しかしながら、このような従来のドーピング手法を用いた場合においては、スパッタリング装置やイオン注入装置などの複雑かつ高価な装置が必要とされるとともに、製造プロセスが複雑になるという問題がある。また、得られた金属酸化物半導体の特性もドーピングする不純物の種類や量などによって限定されてしまい、広範囲な特性制御を行うことができないという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スパッタリング装置やイオン注入装置などの複雑かつ高価な装置を用いることなく、金属酸化物半導体を廉価に製造することを目的とする。また、金属酸化物半導体の特性を広範囲に制御することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
金属酸化物を粉末状のカーボン中に埋設する工程と、
前記金属酸化物に加熱処理を施し、前記金属酸化物中の酸素の一部を還元反応を通じて離脱させ、前記金属酸化物中に酸素欠陥を生ぜしめて金属酸化物半導体を作製する工程と、を具えることを特徴とする、金属酸化物半導体の製造方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
粉末状のカーボンを充填した容器と、加熱処理装置とを具えることを特徴とする、金属酸化物半導体の製造装置に関する。
【０００７】
本発明においては、所定の金属酸化物を粉末状のカーボン中に埋設して、前記金属酸化物の周囲が前記カーボンに密に接触した状態としている。この状態で前記金属酸化物に対して加熱処理を施すと、前記カーボンは高い還元性を呈するので、還元反応によって前記金属酸化物から酸素元素が離脱されるようになる。その結果、前記金属酸化物中には酸素欠陥が生じるようになり、これに応じて半導体的性質を呈するようになる。
【０００８】
すなわち、本発明においては、従来のスパッタリング装置やイオン注入装置などに代えて、粉末状のカーボンを用い、さらにこれを充填する密閉容器と市販の電気炉などの加熱処理装置とを準備するのみで、金属酸化物半導体を製造することができる。したがって、金属酸化物半導体を廉価に製造することができる。
【０００９】
また、前述した加熱処理における加熱温度や加熱時間を適宜に制御することにより、前記酸素欠損の量を自在に調節することができるので、金属酸化物半導体の半導体特性を広範囲に制御することができるようになる。
本発明のその他の特徴及び利点については以下に詳述する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の製造装置の一部を示す構成図である。図１においては、密閉容器１１が準備され、この内部において粉末状のカーボン１２が充填されている。そして、カーボン１２中に埋設されるようにして角錐状の金属酸化物１３が配置されている。密閉容器１１としては、市販のタンマ管を用いることができる。
なお、カーボン１２を充填する容器は密閉型に限定されるものではなく、開放型のものなどを用いることもできる。
【００１１】
カーボン１２は埋設された金属酸化物１３の周囲との接触面積が増大し、金属酸化物１３に対して十分な還元作用を生ぜしめるべく、粉末状であることが要求されるが、その粒度などについては特に限定されるものではない。しかしながら、カーボン１２の平均粒度は１．４ｍｍ以下であることが好ましい。これによって、金属酸化物１３とカーボン１２との接触面積をより増大せしめることができ、還元作用をより効果的に実行することができるようになる。
【００１２】
なお、カーボン１２の平均粒度の下限値は特に限定されるものではないが、好ましくは０．５ｍｍである。これより低い粒度のカーボンを用いても還元作用の効果を増大させることはできず、また入手が困難となるとともにハンドリングが複雑になる。
【００１３】
本発明の製造方法においては、図１に示すように、カーボン１２中に金属酸化物１３が埋設された状態の密閉容器１１を電気炉などの加熱処理装置内に設置し、所定の加熱処理を施す。加熱処理の温度は、カーボン１２による上述した還元作用が十分に実効されるものであれば特には限定されない。しかしながら、好ましくは８００℃〜１８００℃の温度範囲で加熱処理を行う。これによって、金属酸化物１３の種類やカーボン１２の粒度などによらず、上述した還元作用を十分に行うことができるようになる。なお、加熱処理雰囲気は任意に設定することができる。
【００１４】
上述したカーボン１２による還元作用を経ることにより、金属酸化物１３内には酸素欠陥が形成されるようになり、その結果、前記酸素欠陥に応じて半導体的性質を呈するようになり、目的とする金属酸化物半導体を得ることができるようになる。
【００１５】
このように、従来のスパッタリング装置やイオン注入装置などに代えて、粉末状のカーボン１２を用い、さらにこれを充填する密閉容器１１と市販の電気炉などの加熱処理装置とを準備するのみで、金属酸化物半導体を製造することができる。したがって、前記金属酸化物半導体を廉価に製造することができる。
【００１６】
また、前述した加熱処理における加熱温度や加熱時間を適宜に制御することにより、前記酸素欠損の量を自在に調節することができるので、金属酸化物半導体の半導体特性を広範囲に制御することができるようになる。
【００１７】
本発明はあらゆる種類の金属酸化物に対して適用することができるが、特に好ましくは、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４などの金属酸化物に対して用いることができる。なお、上述した内容から明らかなように、本発明においては、これらの金属酸化物に対して不純物元素をドーピングすることなく、上述したカーボンの還元作用による酸素欠陥を生ぜしめることによって、半導体的性質を生ぜしめるものである。但し、不純物元素のドーピングを全く排除するものでもない。
【００１８】
【実施例】
短冊状のチタン板（長さ１００×幅３×厚さ０．３ｍｍ、純度９９．９％）を大気中、温度９００℃で１１０時間熱処理を行い、高温酸化させて板状の酸化チタンを得た。なお、前記酸化チタンはルチル型のＴｉＯ２であり、不導体であることを確認した。
【００１９】
次いで、前記酸化チタンを図１に示すような密閉容器内に入れ、周囲を平均粒度１．４ｍｍの粉末状カーボンで埋設した。次いで、前記酸化チタンが入った密閉容器を電気炉内に入れ、６００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、及び１１００℃の５水準の温度で３０分間加熱処理を実施した。
【００２０】
図２に、前記酸化チタンの、１０００℃による加熱処理前後のＸ線回折プロファイルを示す。図２から明らかなように、加熱処理後においてはルチル型のＴｉＯ２に起因したピークの幅が広くなり、前記粉末状カーボンによる還元作用によって、前記酸化チタンからの酸素の離脱が生じ、酸素欠損が生じていることが分かる。
【００２１】
図３に、前記酸化チタンの、上述した加熱処理後における電気抵抗率の温度依存性のグラフを示す。８００℃、９００℃、１０００℃及び１１００℃のいずれの温度においても、測定温度の上昇とともに電気抵抗率の減少が見られ、前記酸化チタンは半導体的性質を呈することが分かる。特に、１１００℃の温度においては、電気抵抗率の著しい減少が確認され、良好な半導体的性質を呈することが分かる。
【００２２】
なお、９００℃の加熱処理を実施した場合、３００℃以上の温度で電気抵抗率の増大が見られ、１１００℃の加熱処理を実施した場合、５００℃以上の温度で電気抵抗率の増大が見られる。これは、測定中において、酸素拡散を通じて酸化チタン中に生じた酸素欠損が消滅してしまうためと考えられる。
【００２３】
図４に、前記酸化チタンの、上述した加熱処理後における出力因子の温度依存性のグラフを示す。８００℃及び９００℃の温度においては、温度上昇における出力因子の増大は確認されなかったが、１０００℃の温度においては温度上昇とともに出力因子の増大が確認され、良好な半導体的性質を有することが確認された。
【００２４】
なお、６００℃で加熱処理した場合においては、半導体的性質を示さず、不導体のままであった。
【００２５】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。
【００２６】
例えば、上記具体例においては、密閉容器内に粉末状カーボンを充填された密閉容器を準備し、この容器中に金属酸化物を設置することによって、前記金属酸化物が前記粉末状カーボン中に埋設されるようにしている。しかしながら、前記金属酸化物の、前記カーボン中への埋設はこのような態様に限られるものではなく、あらゆる態様で行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スパッタリング装置やイオン注入装置などの複雑かつ高価な装置を用いることなく、金属酸化物半導体を廉価に製造することができ、金属酸化物半導体の特性を広範囲に制御することができる、金属酸化物の製造方法、金属酸化物の製造装置、及び結果物としての金属酸化物自体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属酸化物半導体の製造装置の一部を示す構成図である。
【図２】本発明の金属酸化物半導体のＸ線回折プロファイルを示す。
【図３】本発明の金属酸化物半導体における、電気抵抗率の温度依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の金属酸化物半導体における、出力因子の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  密閉容器
１２  粉末状カーボン
１３  金属酸化物
【図１】
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【図２】
2004335615.tif 000004
【図３】
2004335615.tif 000005
【図４】
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