JPH09265832A - 酸化チタン結晶の導電性材料及びその製造方法 - Google Patents
酸化チタン結晶の導電性材料及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH09265832A JPH09265832A JP7581196A JP7581196A JPH09265832A JP H09265832 A JPH09265832 A JP H09265832A JP 7581196 A JP7581196 A JP 7581196A JP 7581196 A JP7581196 A JP 7581196A JP H09265832 A JPH09265832 A JP H09265832A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- crystal
- titanium oxide
- lithium
- oxide crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 30
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 37
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910000510 noble metal Chemical group 0.000 claims abstract description 21
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 150000002641 lithium Chemical group 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 76
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 abstract description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 18
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 12
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 17
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- SONJTKJMTWTJCT-UHFFFAOYSA-K rhodium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Rh+3] SONJTKJMTWTJCT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 TiO2 結晶中に容易かつ選択的に導電領域
と絶縁領域とを作成する。 【解決手段】 TiO2 結晶基板10上表面12の所定
領域4に、リチウム原子と触媒作用を有する貴金属原子
とを含むドーピング用溶剤Dを所望形状に塗布する。次
に、このTiO2 結晶基板10を酸化性ガスと還元性ガ
スとを含む雰囲気ガスG中で加熱温度Tで加熱保持時間
Hだけ加熱保持する。これにより、TiO2 結晶中の所
定領域に導電特性を有する領域16と絶縁特性を有する
領域17とが形成されたTiO2 結晶の導電性材料が得
られる。
と絶縁領域とを作成する。 【解決手段】 TiO2 結晶基板10上表面12の所定
領域4に、リチウム原子と触媒作用を有する貴金属原子
とを含むドーピング用溶剤Dを所望形状に塗布する。次
に、このTiO2 結晶基板10を酸化性ガスと還元性ガ
スとを含む雰囲気ガスG中で加熱温度Tで加熱保持時間
Hだけ加熱保持する。これにより、TiO2 結晶中の所
定領域に導電特性を有する領域16と絶縁特性を有する
領域17とが形成されたTiO2 結晶の導電性材料が得
られる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子や電気素
子及び電気化学素子などに適用し得るTiO2(酸化チ
タン)結晶の導電性材料及びその製造方法に関するもの
である。
子及び電気化学素子などに適用し得るTiO2(酸化チ
タン)結晶の導電性材料及びその製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】透明で電気的に絶縁特性を有するTiO
2 結晶をH2 (水素)ガスやCO(一酸化炭素)ガスな
どの還元性ガスの雰囲気中で加熱保持すると、TiO2
結晶が表面から還元されて、結晶全体が青色または黒か
っ色で導電特性を有するTiO2 結晶の導電性材料が得
られる。
2 結晶をH2 (水素)ガスやCO(一酸化炭素)ガスな
どの還元性ガスの雰囲気中で加熱保持すると、TiO2
結晶が表面から還元されて、結晶全体が青色または黒か
っ色で導電特性を有するTiO2 結晶の導電性材料が得
られる。
【0003】このようにして得られるTiO2 結晶の導
電性材料は、各種機能素子の材料として有用であるが、
上述のようにして形成された導電性材料は、その全体が
導電性を示すことになる。一方、各種機能素子の材料と
しては、所定領域だけに導電特性を有する構造の導電性
材料が要求される場合も多い。
電性材料は、各種機能素子の材料として有用であるが、
上述のようにして形成された導電性材料は、その全体が
導電性を示すことになる。一方、各種機能素子の材料と
しては、所定領域だけに導電特性を有する構造の導電性
材料が要求される場合も多い。
【0004】そこで、所定領域に導電特性を有するTi
O2 結晶の導電性材料を得る技術が従来提案されてい
る。例えば、特公平6−10923号公報に示されるよ
うな従来技術においては、比較的高い絶縁特性を有する
TiO2 結晶表面の所定領域に白金(Pt)触媒を担持
させる。そして、その後、TiO2 結晶をO2 (酸素)
とH2 (水素)ガスを含む雰囲気ガス中で加熱保持する
ことで、雰囲気ガス中の水素(H)原子を触媒を担持し
たTiO2 結晶表面から結晶内部に拡散してドープさせ
る。これによって、TiO2 結晶中の所定の領域のみに
水素原子がドープされることとなり、水素原子がドープ
された領域が導電特性を有するため、これらの処理によ
って、導電性領域が形成される。
O2 結晶の導電性材料を得る技術が従来提案されてい
る。例えば、特公平6−10923号公報に示されるよ
うな従来技術においては、比較的高い絶縁特性を有する
TiO2 結晶表面の所定領域に白金(Pt)触媒を担持
させる。そして、その後、TiO2 結晶をO2 (酸素)
とH2 (水素)ガスを含む雰囲気ガス中で加熱保持する
ことで、雰囲気ガス中の水素(H)原子を触媒を担持し
たTiO2 結晶表面から結晶内部に拡散してドープさせ
る。これによって、TiO2 結晶中の所定の領域のみに
水素原子がドープされることとなり、水素原子がドープ
された領域が導電特性を有するため、これらの処理によ
って、導電性領域が形成される。
【0005】一方、上記の処理過程で、触媒を担持しな
いTiO2 結晶の表面からは、水素原子がドープされ
ず、TiO2 結晶中に水素原子がドープされない領域に
は、絶縁特性を有する領域が形成される。
いTiO2 結晶の表面からは、水素原子がドープされ
ず、TiO2 結晶中に水素原子がドープされない領域に
は、絶縁特性を有する領域が形成される。
【0006】以上のように、従来技術では、TiO2 結
晶の表面に触媒を担持した領域と、触媒を担持しない領
域を形成することで、導電性特性を有する領域と絶縁特
性を有する領域を選択的に形成することができる。所定
の領域に導電特性を有するTiO2 結晶の導電性材料が
得られる。
晶の表面に触媒を担持した領域と、触媒を担持しない領
域を形成することで、導電性特性を有する領域と絶縁特
性を有する領域を選択的に形成することができる。所定
の領域に導電特性を有するTiO2 結晶の導電性材料が
得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記の従来技
術では、雰囲気ガスに含まれる水素原子がTiO2 結晶
中にドープされて、TiO2 結晶中に導電特性を有する
領域が形成される。
術では、雰囲気ガスに含まれる水素原子がTiO2 結晶
中にドープされて、TiO2 結晶中に導電特性を有する
領域が形成される。
【0008】しかし、このように雰囲気ガスの成分をT
iO2 結晶中にドープする従来技術では、所望の導電特
性を得るために必要な処理条件に制約が多く、高精度の
処理条件設定と煩雑な処理工程が要求されるという課題
があった。具体的には、例えば、雰囲気ガスの組成や、
加熱処理時の温度及び触媒の担持方法などに制約が多い
という問題がある。
iO2 結晶中にドープする従来技術では、所望の導電特
性を得るために必要な処理条件に制約が多く、高精度の
処理条件設定と煩雑な処理工程が要求されるという課題
があった。具体的には、例えば、雰囲気ガスの組成や、
加熱処理時の温度及び触媒の担持方法などに制約が多い
という問題がある。
【0009】本発明はこのような従来技術の課題を解決
するもので、導電特性を付加するためにTiO2 結晶中
にドープする原子を、雰囲気ガスの成分として供給する
のではなく、別の手段で供給することにより、処理が容
易で条件設定に制約が少ないTiO2 結晶の導電性材料
及びその製造方法を提供することを目的とする。
するもので、導電特性を付加するためにTiO2 結晶中
にドープする原子を、雰囲気ガスの成分として供給する
のではなく、別の手段で供給することにより、処理が容
易で条件設定に制約が少ないTiO2 結晶の導電性材料
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の酸化チタン結晶
の導電性材料においては、酸化チタン(TiO2 )結晶
中の所定領域にリチウム(Li)原子をドープすること
により、この酸化チタン結晶に導電特性を付加すること
を特徴としている。
の導電性材料においては、酸化チタン(TiO2 )結晶
中の所定領域にリチウム(Li)原子をドープすること
により、この酸化チタン結晶に導電特性を付加すること
を特徴としている。
【0011】特に、酸化チタン結晶としてルチル構造の
ものを用い、リチウムと貴金属とを含むドーピング用溶
剤を所定の表面領域に選択的に付着させた前記酸化チタ
ン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む雰囲気中で加熱
処理することにより、溶剤が付着された領域からその内
部方向に向けてリチウムが選択的にドープされ、この領
域に導電性領域が形成される。
ものを用い、リチウムと貴金属とを含むドーピング用溶
剤を所定の表面領域に選択的に付着させた前記酸化チタ
ン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む雰囲気中で加熱
処理することにより、溶剤が付着された領域からその内
部方向に向けてリチウムが選択的にドープされ、この領
域に導電性領域が形成される。
【0012】また、リチウムと貴金属とを含むドーピン
グ用溶剤を所定の表面領域に選択的に付着させたルチル
構造の酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む
雰囲気中で温度を600K〜850Kの範囲に保持して
加熱処理することにより得られ、前記溶剤が付着された
表面領域から結晶内部の<001>結晶軸方向のリチウ
ムが選択的にドープされている領域に導電性領域が形成
されていることを特徴とする。
グ用溶剤を所定の表面領域に選択的に付着させたルチル
構造の酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む
雰囲気中で温度を600K〜850Kの範囲に保持して
加熱処理することにより得られ、前記溶剤が付着された
表面領域から結晶内部の<001>結晶軸方向のリチウ
ムが選択的にドープされている領域に導電性領域が形成
されていることを特徴とする。
【0013】さらに、上述のような構成において、リチ
ウムがドープされて形成された導電性領域は、リチウム
がドープされなかった領域に比べ導電率が10倍以上と
なっていることを特徴とする。
ウムがドープされて形成された導電性領域は、リチウム
がドープされなかった領域に比べ導電率が10倍以上と
なっていることを特徴とする。
【0014】次に、酸化チタン結晶の導電性材料の製造
方法においては、ルチル構造の酸化チタン結晶の所定の
表面領域に、リチウムと貴金属とを含むドーピング用溶
剤を選択的に塗布する塗布工程と、ドーピング用溶剤が
塗布された酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスと
を含む雰囲気中で、温度を600K〜850Kの範囲に
保持する加熱工程と、を含み、ドーピング用溶剤を塗布
した前記表面領域から内部領域に向けてリチウムをドー
プし、前記酸化チタン結晶内に導電領域を選択的に形成
する。
方法においては、ルチル構造の酸化チタン結晶の所定の
表面領域に、リチウムと貴金属とを含むドーピング用溶
剤を選択的に塗布する塗布工程と、ドーピング用溶剤が
塗布された酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスと
を含む雰囲気中で、温度を600K〜850Kの範囲に
保持する加熱工程と、を含み、ドーピング用溶剤を塗布
した前記表面領域から内部領域に向けてリチウムをドー
プし、前記酸化チタン結晶内に導電領域を選択的に形成
する。
【0015】以上のように、本発明によれば、TiO2
結晶表面の所定領域に、リチウムをドープする。すなわ
ち、リチウム原子と触媒作用を有する貴金属原子を含む
ドーピング用溶剤を所望の形状に塗布した後、該TiO
2 結晶を酸化性ガスと還元性ガスとを含む雰囲気ガス中
で加熱保持し、該TiO2 結晶中の所定領域に導電特性
を有する領域と絶縁特性を有する領域とを有するTiO
2 結晶の導電性材料が得られる。
結晶表面の所定領域に、リチウムをドープする。すなわ
ち、リチウム原子と触媒作用を有する貴金属原子を含む
ドーピング用溶剤を所望の形状に塗布した後、該TiO
2 結晶を酸化性ガスと還元性ガスとを含む雰囲気ガス中
で加熱保持し、該TiO2 結晶中の所定領域に導電特性
を有する領域と絶縁特性を有する領域とを有するTiO
2 結晶の導電性材料が得られる。
【0016】そして、ドーピング用溶剤の塗布領域表面
より酸化チタン結晶中にリチウム原子を選択的にドープ
でき、酸化チタン結晶中に選択的かつ容易に、またパタ
ーン精度よく導電性領域を形成することができる。そし
て、以上のようにして得たTiO2 結晶の導電性材料
は、所望部分に導電性領域が形成され、このTiO2 結
晶の導電性材料は、各種の機能素子の製造に有効に利用
可能である。
より酸化チタン結晶中にリチウム原子を選択的にドープ
でき、酸化チタン結晶中に選択的かつ容易に、またパタ
ーン精度よく導電性領域を形成することができる。そし
て、以上のようにして得たTiO2 結晶の導電性材料
は、所望部分に導電性領域が形成され、このTiO2 結
晶の導電性材料は、各種の機能素子の製造に有効に利用
可能である。
【0017】次に、本発明のより具体的な構成について
説明する。本発明において、結晶構造がルチル構造のT
iO2 結晶を用い、下記の処理1、処理2および処理3
を含む処理を施すことにより、所定領域に導電領域が形
成されたTiO2 結晶の導電性材料を製造する。但し、
本発明の構成は、以下の具体的な処理内容には限定され
ない。
説明する。本発明において、結晶構造がルチル構造のT
iO2 結晶を用い、下記の処理1、処理2および処理3
を含む処理を施すことにより、所定領域に導電領域が形
成されたTiO2 結晶の導電性材料を製造する。但し、
本発明の構成は、以下の具体的な処理内容には限定され
ない。
【0018】(1)処理1:ドーピング用溶剤 まず、ドーピング用溶剤として、TiO2 結晶中にドー
プするリチウム原子および化学反応触媒として作用する
貴金属原子を含む溶剤を調製する。
プするリチウム原子および化学反応触媒として作用する
貴金属原子を含む溶剤を調製する。
【0019】このドーピング用溶剤中のリチウム原子
は、例えば、リチウムを含む化合物である塩化リチウム
(LiCl)や水酸化リチウム(LiOH)や、炭酸リ
チウム(Li2 CO3 )などを単独または組み合せて溶
解して調製される。
は、例えば、リチウムを含む化合物である塩化リチウム
(LiCl)や水酸化リチウム(LiOH)や、炭酸リ
チウム(Li2 CO3 )などを単独または組み合せて溶
解して調製される。
【0020】また、ドーピング用溶剤中の貴金属原子
は、白金(Pt)やパラジウム(Pd)やロジウム(R
h)であって、それら貴金属原子を含む化合物である塩
化白金酸(H2 PtCl6 ・6H2 O)や塩化パラジウ
ム(PdCl2 )や塩化ロジウム(RhCl3 )などを
単独または組み合せて溶解して調製される。
は、白金(Pt)やパラジウム(Pd)やロジウム(R
h)であって、それら貴金属原子を含む化合物である塩
化白金酸(H2 PtCl6 ・6H2 O)や塩化パラジウ
ム(PdCl2 )や塩化ロジウム(RhCl3 )などを
単独または組み合せて溶解して調製される。
【0021】(2)処理2:ドーピング用溶剤塗布処理 次に、上述のような処理1によって調製されたドーピン
グ用溶剤をTiO2 結晶の導電特性を付加する領域の表
面に塗布する。この塗布としては、従来から行われてい
る各種の印刷手法や、液体塗布方法が適宜採用可能であ
る。
グ用溶剤をTiO2 結晶の導電特性を付加する領域の表
面に塗布する。この塗布としては、従来から行われてい
る各種の印刷手法や、液体塗布方法が適宜採用可能であ
る。
【0022】(3)処理3:リチウムのドープ処理 処理2のような手法によりドーピング用溶剤が塗布され
た該TiO2 結晶は、少なくとも酸化性ガスおよび還元
性ガスを含み、さらに化学的に不活性なキャリアガスを
含む雰囲気ガス中に置かれて加熱処理される。
た該TiO2 結晶は、少なくとも酸化性ガスおよび還元
性ガスを含み、さらに化学的に不活性なキャリアガスを
含む雰囲気ガス中に置かれて加熱処理される。
【0023】上記雰囲気ガスは、(i)酸化性ガスとし
て酸素(O2 )ガス、(ii)還元ガスとして水素
(H2 )ガス、または一酸化炭素ガス(CO)もしくは
プロパン(C3 H8 )ガスなどの炭化水素ガスを単独ま
たは組み合せたガス、(iii )キャリアガスとして窒素
(N2 )ガスやアルゴン(Ar)ガスやヘリウム(H
e)ガスを単独または組み合せたガスと、を混合して調
製される。
て酸素(O2 )ガス、(ii)還元ガスとして水素
(H2 )ガス、または一酸化炭素ガス(CO)もしくは
プロパン(C3 H8 )ガスなどの炭化水素ガスを単独ま
たは組み合せたガス、(iii )キャリアガスとして窒素
(N2 )ガスやアルゴン(Ar)ガスやヘリウム(H
e)ガスを単独または組み合せたガスと、を混合して調
製される。
【0024】このように、表面にドーピング用溶剤を塗
布したTiO2 結晶を雰囲気ガス中で加熱すると、ドー
ピング用溶剤中の成分および雰囲気ガス中の成分が貴金
属原子による触媒作用の下で反応し、その過程で生成す
る活性なリチウム原子が、ドーピング用溶剤を塗布した
TiO2 結晶の表面から結晶内部の<001>結晶軸方
向に選択的に拡散してドープされる。このため、TiO
2 結晶中のリチウム原子がドープされた領域に、導電特
性を有する領域が形成される。
布したTiO2 結晶を雰囲気ガス中で加熱すると、ドー
ピング用溶剤中の成分および雰囲気ガス中の成分が貴金
属原子による触媒作用の下で反応し、その過程で生成す
る活性なリチウム原子が、ドーピング用溶剤を塗布した
TiO2 結晶の表面から結晶内部の<001>結晶軸方
向に選択的に拡散してドープされる。このため、TiO
2 結晶中のリチウム原子がドープされた領域に、導電特
性を有する領域が形成される。
【0025】一方、表面にドーピング用溶剤が塗布され
ていなければ、その領域におけるTiO2 結晶の表面か
ら結晶内部の<001>結晶軸方向の領域には、リチウ
ム原子も水素原子もドープされない。このため、この領
域には導電特性が付加されず、良好な絶縁特性を有する
領域が形成される。
ていなければ、その領域におけるTiO2 結晶の表面か
ら結晶内部の<001>結晶軸方向の領域には、リチウ
ム原子も水素原子もドープされない。このため、この領
域には導電特性が付加されず、良好な絶縁特性を有する
領域が形成される。
【0026】以上のように、本発明の構成より、ドーピ
ング用溶剤が塗布されたTiO2 結晶表面から結晶内部
の<001>結晶軸方向の領域に導電特性を有する領域
が形成され、ドーピング用溶剤が塗布されていないTi
O2 結晶表面から結晶内部の<001>結晶方向の領域
に絶縁特性を有する領域が形成されたTiO2 結晶の導
電性材料が得られる。
ング用溶剤が塗布されたTiO2 結晶表面から結晶内部
の<001>結晶軸方向の領域に導電特性を有する領域
が形成され、ドーピング用溶剤が塗布されていないTi
O2 結晶表面から結晶内部の<001>結晶方向の領域
に絶縁特性を有する領域が形成されたTiO2 結晶の導
電性材料が得られる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
(以下、実施形態という)について、図面に基づいて説
明する。
(以下、実施形態という)について、図面に基づいて説
明する。
【0028】(製造方法)図1は、本発明の実施形態に
用いたTiO2 結晶基板10を上方から見た図であり、
図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。このT
iO2 結晶基板10は、結晶構造がルチル構造であり、
導電率は10-4Scm-1以下(電気抵抗率が104 Ωc
m以上)と、比較的高い絶縁特性を有する円板状の単結
晶により構成されている。そして、この基板10は、直
径が16mmで厚さが3mmで、厚さ方向に<001>
結晶軸方向が存在する。また、TiO2 結晶基板10の
上表面12および下表面14は、粒径1μmのシリコン
カーバイト(SiC)研磨材で研磨してある。
用いたTiO2 結晶基板10を上方から見た図であり、
図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。このT
iO2 結晶基板10は、結晶構造がルチル構造であり、
導電率は10-4Scm-1以下(電気抵抗率が104 Ωc
m以上)と、比較的高い絶縁特性を有する円板状の単結
晶により構成されている。そして、この基板10は、直
径が16mmで厚さが3mmで、厚さ方向に<001>
結晶軸方向が存在する。また、TiO2 結晶基板10の
上表面12および下表面14は、粒径1μmのシリコン
カーバイト(SiC)研磨材で研磨してある。
【0029】図3は、図2と同様の図1のTiO2 結晶
基板10のII−II線に沿った断面について、ドーピング
用溶剤塗布工程後の状態を示している。上述のTiO2
結晶基板10の上表面12には、図1において点線で囲
まれた領域4、ここでは上表面12の中心部の直径8m
mの円形状の領域に、ドーピング用溶剤Dを塗布した。
そして、この領域4上にドーピング溶剤層13を形成し
て、これを試料8とした。なお、図中領域5は、試料8
の上表面12の周辺部に位置するドーナツ状領域であっ
て、この領域表面にはドーピング用溶剤Dが塗布されて
いない(以下、この領域5を無塗布領域5という)。
基板10のII−II線に沿った断面について、ドーピング
用溶剤塗布工程後の状態を示している。上述のTiO2
結晶基板10の上表面12には、図1において点線で囲
まれた領域4、ここでは上表面12の中心部の直径8m
mの円形状の領域に、ドーピング用溶剤Dを塗布した。
そして、この領域4上にドーピング溶剤層13を形成し
て、これを試料8とした。なお、図中領域5は、試料8
の上表面12の周辺部に位置するドーナツ状領域であっ
て、この領域表面にはドーピング用溶剤Dが塗布されて
いない(以下、この領域5を無塗布領域5という)。
【0030】ここで、[ドーピング用溶剤D]として
は、重量1gの塩化リチウム(LiCl)と、重量0.
1gの塩化白金酸(H2 PtCl6 ・6H2 O)とを、
溶液10ccの純水(H2 O)に溶解して得られるリチ
ウム(Li)原子と白金(Pt)原子を含む水溶液を用
いた。
は、重量1gの塩化リチウム(LiCl)と、重量0.
1gの塩化白金酸(H2 PtCl6 ・6H2 O)とを、
溶液10ccの純水(H2 O)に溶解して得られるリチ
ウム(Li)原子と白金(Pt)原子を含む水溶液を用
いた。
【0031】次に、図3に示す試料8を、[雰囲気ガス
G]を流動させた直径50mmの石英管内に配置し、電
気炉を用いて、石英管と雰囲気ガスGおよび試料8とを
温度Tに加熱し(以下、この温度を加熱温度Tとい
う)、時間Hの間保持した(以下、この時間を加熱保持
時間Hという)。
G]を流動させた直径50mmの石英管内に配置し、電
気炉を用いて、石英管と雰囲気ガスGおよび試料8とを
温度Tに加熱し(以下、この温度を加熱温度Tとい
う)、時間Hの間保持した(以下、この時間を加熱保持
時間Hという)。
【0032】その後、上記加熱温度Tを温度400K以
下に冷却し、雰囲気ガスG中から室温大気中に取り出し
た。図4は、この時の試料8の断面を示している。
下に冷却し、雰囲気ガスG中から室温大気中に取り出し
た。図4は、この時の試料8の断面を示している。
【0033】このような加熱処理において、上記[雰囲
気ガスG]は、(i )酸化性ガスとして流量が20cc
/分(毎分当り20cc)の酸素(O2 )ガス、(ii)
還元性ガスとして流量が40cc/分の水素ガス
(H2 )ガス、(iii )キャリアガスとして流量が10
00cc/分の窒素(N2 )ガス、以上三種類のガスよ
り構成される混合ガスである。また、上記[加熱温度
T]は780K、さらに[加熱保持時間H]は30分と
した。
気ガスG]は、(i )酸化性ガスとして流量が20cc
/分(毎分当り20cc)の酸素(O2 )ガス、(ii)
還元性ガスとして流量が40cc/分の水素ガス
(H2 )ガス、(iii )キャリアガスとして流量が10
00cc/分の窒素(N2 )ガス、以上三種類のガスよ
り構成される混合ガスである。また、上記[加熱温度
T]は780K、さらに[加熱保持時間H]は30分と
した。
【0034】図4に示すように上述のような加熱条件
{雰囲気ガスG、加熱温度T、加熱保持時間H}による
処理が施された試料8には、TiO2 結晶の上表面12
のうち、ドーピング溶剤層13が形成された円形塗布領
域4の表面から、結晶内部の<001>結晶軸方向に下
表面14まで貫通した円柱状の領域に、青色で導電率が
5×10-2Scm-1以上(電気抵抗率が20Ωcm以
下)の導電性領域16が形成されている。
{雰囲気ガスG、加熱温度T、加熱保持時間H}による
処理が施された試料8には、TiO2 結晶の上表面12
のうち、ドーピング溶剤層13が形成された円形塗布領
域4の表面から、結晶内部の<001>結晶軸方向に下
表面14まで貫通した円柱状の領域に、青色で導電率が
5×10-2Scm-1以上(電気抵抗率が20Ωcm以
下)の導電性領域16が形成されている。
【0035】また、TiO2 結晶の上表面12のうち、
ドーピング溶剤層13が形成されなかった無塗布領域5
の表面から、結晶内部の<001>結晶軸方向に下表面
14まで貫通した円筒状の領域には、透明で導電率が1
0-4Scm-1以下(電気抵抗率が104 Ωcm以上)の
絶縁性領域17が形成されている。
ドーピング溶剤層13が形成されなかった無塗布領域5
の表面から、結晶内部の<001>結晶軸方向に下表面
14まで貫通した円筒状の領域には、透明で導電率が1
0-4Scm-1以下(電気抵抗率が104 Ωcm以上)の
絶縁性領域17が形成されている。
【0036】なお、図4において、試料8の領域4表面
には、ドーピング溶剤層13の熱処理後の残留物として
溶剤残留物23が残留している。なお、この残留物23
は、ドーピング用溶剤とほぼ同成分である。そして、溶
剤残留物23は、その後の処理(例えば、エッチング処
理)によって除去される。
には、ドーピング溶剤層13の熱処理後の残留物として
溶剤残留物23が残留している。なお、この残留物23
は、ドーピング用溶剤とほぼ同成分である。そして、溶
剤残留物23は、その後の処理(例えば、エッチング処
理)によって除去される。
【0037】図4に示されるように、本実施形態の上述
したような処理工程によって、導電性領域16と絶縁性
領域17を有するTiO2 結晶材料18が得られる。
したような処理工程によって、導電性領域16と絶縁性
領域17を有するTiO2 結晶材料18が得られる。
【0038】次に、このように導電性領域16および絶
縁性領域17が形成される理由について考察する。
縁性領域17が形成される理由について考察する。
【0039】まず、ドーピング溶剤層13が形成された
試料8を、[雰囲気ガスG]中で[加熱温度T]、[加
熱保持時間H]の条件で加熱保持すると、ドーピング溶
剤層13内に含まれる塩化リチウムと、雰囲気ガスGに
含まれる酸素ガスおよび水素ガスが、ドーピング溶剤層
13内に含まれる白金による触媒作用の下で反応する。
そして、この過程で生成される活性なリチウム原子が、
ドーピング溶剤層13が形成されている結晶表面から、
結晶内部の<001>結晶軸方向に選択的に拡散し、リ
チウム原子が結晶内にドープされる。
試料8を、[雰囲気ガスG]中で[加熱温度T]、[加
熱保持時間H]の条件で加熱保持すると、ドーピング溶
剤層13内に含まれる塩化リチウムと、雰囲気ガスGに
含まれる酸素ガスおよび水素ガスが、ドーピング溶剤層
13内に含まれる白金による触媒作用の下で反応する。
そして、この過程で生成される活性なリチウム原子が、
ドーピング溶剤層13が形成されている結晶表面から、
結晶内部の<001>結晶軸方向に選択的に拡散し、リ
チウム原子が結晶内にドープされる。
【0040】ここで、TiO2 結晶中におけるリチウム
原子の拡散は、結晶構造(ルチル構造)に起因した結晶
方向依存性を有しており、<001>結晶軸方向の拡散
定数が、<001>方向と直角方向の拡散定数より著し
く大きい。具体的には次式(1)に示される程度大き
い。
原子の拡散は、結晶構造(ルチル構造)に起因した結晶
方向依存性を有しており、<001>結晶軸方向の拡散
定数が、<001>方向と直角方向の拡散定数より著し
く大きい。具体的には次式(1)に示される程度大き
い。
【0041】
【数1】 このため、TiO2 結晶基板の表面のリチウム原子は、
<001>結晶軸方向に拡散していくが、<001>結
晶軸方向と直角する方向には、殆ど拡散していかないの
である。
<001>結晶軸方向に拡散していくが、<001>結
晶軸方向と直角する方向には、殆ど拡散していかないの
である。
【0042】また、TiO2 結晶におけるリチウム原子
は、伝導電子を供与するドナーとして作用するために、
TiO2 結晶中においてリチウム原子がドープされた領
域では、伝導電子が増加して導電率が増大する。また、
この領域における結晶の色は、青色または黒かっ色を呈
するようになる。
は、伝導電子を供与するドナーとして作用するために、
TiO2 結晶中においてリチウム原子がドープされた領
域では、伝導電子が増加して導電率が増大する。また、
この領域における結晶の色は、青色または黒かっ色を呈
するようになる。
【0043】一方、ドーピング用溶剤Dが塗布されない
TiO2 結晶表面から結晶内部の<001>結晶軸方向
に広がる領域には、リチウム原子も水素原子もドープさ
れない。従って、この領域には、導電特性が付加され
ず、元のTiO2 結晶における高い絶縁特性を保持する
ことになる。また、この領域における結晶の色は元の結
晶と同様に透明である。
TiO2 結晶表面から結晶内部の<001>結晶軸方向
に広がる領域には、リチウム原子も水素原子もドープさ
れない。従って、この領域には、導電特性が付加され
ず、元のTiO2 結晶における高い絶縁特性を保持する
ことになる。また、この領域における結晶の色は元の結
晶と同様に透明である。
【0044】以上のような理由から、本実施形態の処理
工程によって、導電性領域16および絶縁性領域17が
選択的に形成されたTiO2 結晶が得られる。すなわ
ち、ドーピング溶剤層13が形成されたTiO2 結晶表
面から結晶内部の<001>結晶軸方向の領域に、リチ
ウム原子がドープされ、導電特性の領域16が形成され
る。そして、それ以外の領域には、リチウム原子がドー
プされず、絶縁特性の領域17が形成されることにな
る。
工程によって、導電性領域16および絶縁性領域17が
選択的に形成されたTiO2 結晶が得られる。すなわ
ち、ドーピング溶剤層13が形成されたTiO2 結晶表
面から結晶内部の<001>結晶軸方向の領域に、リチ
ウム原子がドープされ、導電特性の領域16が形成され
る。そして、それ以外の領域には、リチウム原子がドー
プされず、絶縁特性の領域17が形成されることにな
る。
【0045】(製造工程における各種条件)上記の実施
形態では、TiO2 結晶中に導電特性を有する領域を形
成する条件として、[ドーピング用溶剤D]や[雰囲気
ガスG]や[加熱温度T]および[加熱保持時間H]を
それぞれ前述のような値に設定している。
形態では、TiO2 結晶中に導電特性を有する領域を形
成する条件として、[ドーピング用溶剤D]や[雰囲気
ガスG]や[加熱温度T]および[加熱保持時間H]を
それぞれ前述のような値に設定している。
【0046】しかし、TiO2 結晶中に導電特性を有す
る領域を形成するには、[ドーピング用溶剤D]にリチ
ウム原子と、触媒作用のある貴金属原子とが含まれてい
ればよい。また、[雰囲気ガスG]には、酸化性ガスと
還元性ガスとが含まれていればよい。さらに、[加熱温
度T]と[加熱保持時間H]とについては、ドーピング
用溶剤Dに含まれる成分と、雰囲気ガスGの成分が貴金
属原子の触媒作用の下で反応し、これにより生成される
活性なリチウム原子(またはリチウムイオン)が、Ti
O2 結晶中に拡散するような条件に設定されていればよ
い。
る領域を形成するには、[ドーピング用溶剤D]にリチ
ウム原子と、触媒作用のある貴金属原子とが含まれてい
ればよい。また、[雰囲気ガスG]には、酸化性ガスと
還元性ガスとが含まれていればよい。さらに、[加熱温
度T]と[加熱保持時間H]とについては、ドーピング
用溶剤Dに含まれる成分と、雰囲気ガスGの成分が貴金
属原子の触媒作用の下で反応し、これにより生成される
活性なリチウム原子(またはリチウムイオン)が、Ti
O2 結晶中に拡散するような条件に設定されていればよ
い。
【0047】例えば、本実施形態において、上記条件
[雰囲気ガスG]および[加熱温度T]は、下記のよう
に設定されていればよい。
[雰囲気ガスG]および[加熱温度T]は、下記のよう
に設定されていればよい。
【0048】(i)雰囲気ガスG [雰囲気ガスG]として、流量mO 2 cc/分の酸素ガ
スと、流量mH 2 cc/分の水素ガスと、流量mN 2 c
c/分の窒素ガスと、を混合した混合ガスを用いる場
合、各成分ガスの流量が以下の条件式(2)を満たし、
スと、流量mH 2 cc/分の水素ガスと、流量mN 2 c
c/分の窒素ガスと、を混合した混合ガスを用いる場
合、各成分ガスの流量が以下の条件式(2)を満たし、
【数2】 mH 2 /10 < mO 2 < mH 2 ・・・・・(2) さらに、次の条件式(3)を満足するように設定されて
いればよい。
いればよい。
【0049】
【数3】 mO 2 +mN 2 < mN 2 /10 ・・・・・(3) 以上のような条件とすれば、上記本実施形態で得たTi
O2 結晶材料18と同様に、導電特性を有する領域と絶
縁特性を有する領域をTiO2 結晶中に形成することが
できる。
O2 結晶材料18と同様に、導電特性を有する領域と絶
縁特性を有する領域をTiO2 結晶中に形成することが
できる。
【0050】(ii)加熱温度T [加熱温度T]については、600K以上で850K以
下の範囲に設定されていれば、上述した本実施形態で得
られたTiO2 結晶材料と同様に、十分高い導電特性を
有する領域と、十分高い絶縁特性を有する領域がTiO
2 結晶中に選択的に形成することができる。
下の範囲に設定されていれば、上述した本実施形態で得
られたTiO2 結晶材料と同様に、十分高い導電特性を
有する領域と、十分高い絶縁特性を有する領域がTiO
2 結晶中に選択的に形成することができる。
【0051】(iii )ドーピング用溶剤D ドーピング用溶剤Dに関し、例えば、リチウム化合物と
して、塩化リチウムだけを溶解し、触媒作用を有する金
属原子を含まない水溶液をドーピング用溶剤として用い
ると、結果は以下の通りになることが判明した。すなわ
ち、触媒作用のないドーピング用溶剤を用いた場合、こ
れを表面に塗布したTiO2 結晶を上述のような条件範
囲に設定した[雰囲気ガスG]および[加熱温度T]の
下で加熱保持しても、TiO2 結晶中にはリチウム原子
はドープされず、導電特性を有する領域は形成されな
い。
して、塩化リチウムだけを溶解し、触媒作用を有する金
属原子を含まない水溶液をドーピング用溶剤として用い
ると、結果は以下の通りになることが判明した。すなわ
ち、触媒作用のないドーピング用溶剤を用いた場合、こ
れを表面に塗布したTiO2 結晶を上述のような条件範
囲に設定した[雰囲気ガスG]および[加熱温度T]の
下で加熱保持しても、TiO2 結晶中にはリチウム原子
はドープされず、導電特性を有する領域は形成されな
い。
【0052】これに対して、本実施形態の上述のよう
に、触媒作用を有する貴金属の化合物と、リチウムの化
合物とを溶解して得られる貴金属原子を含む水溶液を
[ドーピング用溶剤D]として用いれば、他の条件は上
記と同様にした場合、TiO2 結晶中に選択的にリチウ
ム原子がドープされ、TiO2 結晶中に導電特性を有す
る領域を形成することができる。そして、以上の結果か
ら、[ドーピング用溶剤D]としては、リチウム原子を
含むこと、および触媒作用を有する貴金属原子を含む必
要があることが理解できる。
に、触媒作用を有する貴金属の化合物と、リチウムの化
合物とを溶解して得られる貴金属原子を含む水溶液を
[ドーピング用溶剤D]として用いれば、他の条件は上
記と同様にした場合、TiO2 結晶中に選択的にリチウ
ム原子がドープされ、TiO2 結晶中に導電特性を有す
る領域を形成することができる。そして、以上の結果か
ら、[ドーピング用溶剤D]としては、リチウム原子を
含むこと、および触媒作用を有する貴金属原子を含む必
要があることが理解できる。
【0053】上述の[ドーピング用溶剤D]として、水
溶液中で触媒作用を有する貴金属原子は、白金(Pt)
や、他にパラジウム(Pd)やロジウム(Rh)などが
採用可能である。また、水溶液に溶解するこれら貴金属
の化合物は、それぞれ塩化白金酸(H2 PtCl6 ・6
H2 O)、塩化パラジウム(PdCl2 )または塩化ロ
ジウム(RhCl3 )などである。
溶液中で触媒作用を有する貴金属原子は、白金(Pt)
や、他にパラジウム(Pd)やロジウム(Rh)などが
採用可能である。また、水溶液に溶解するこれら貴金属
の化合物は、それぞれ塩化白金酸(H2 PtCl6 ・6
H2 O)、塩化パラジウム(PdCl2 )または塩化ロ
ジウム(RhCl3 )などである。
【0054】また、水溶液中に溶解されるリチウムの化
合物は、塩化リチウム(LiCl)の他に水酸化リチウ
ム(LiOH)や、炭酸リチウム(Li2 CO3 )など
である。
合物は、塩化リチウム(LiCl)の他に水酸化リチウ
ム(LiOH)や、炭酸リチウム(Li2 CO3 )など
である。
【0055】(iv)加熱保持時間H 加熱保持時間Hについては、上述の条件では30分であ
ったが、この時間は、TiO2 結晶基板中に形成する導
電性領域の基板表面からの深さ(拡散深さL)や、拡散
定数D(この拡散定数Dは、温度Tにより変化するもの
である)などに応じて例えば次式(4)に基づいて決定
し得る条件である。
ったが、この時間は、TiO2 結晶基板中に形成する導
電性領域の基板表面からの深さ(拡散深さL)や、拡散
定数D(この拡散定数Dは、温度Tにより変化するもの
である)などに応じて例えば次式(4)に基づいて決定
し得る条件である。
【0056】
【数4】 以上説明したように、本実施形態によれば、リチウム原
子と触媒作用を有する貴金属原子を含むドーピング原液
を、TiO2 結晶の表面の所定の位置に所定の形状で塗
布した後、該TiO2 結晶を酸化性ガスと還元性ガスと
を含む雰囲気ガス中で加熱保持することにより、該Ti
O2 結晶中の所定領域に導電特性を有する領域と絶縁特
性を有する領域とが形成されたTiO2 結晶の導電性材
料を製造することができる。
子と触媒作用を有する貴金属原子を含むドーピング原液
を、TiO2 結晶の表面の所定の位置に所定の形状で塗
布した後、該TiO2 結晶を酸化性ガスと還元性ガスと
を含む雰囲気ガス中で加熱保持することにより、該Ti
O2 結晶中の所定領域に導電特性を有する領域と絶縁特
性を有する領域とが形成されたTiO2 結晶の導電性材
料を製造することができる。
【0057】そして、このようにして得たTiO2 結晶
の導電性材料は、所望の部分に導電性領域が形成でき
る。例えば、図5は、所定の大きさのTiO2 結晶基板
20に、上述のような方法を用い、導電領域(図中の斜
線領域)26および絶縁領域27をぞれぞれ基板20の
長手方向に沿って交互に形成したデバイス構成を示して
いる。図5に示されるように、本実施形態の構成を利用
して、TiO2 結晶基板の任意の領域に、選択的に導電
領域26と絶縁領域27とをパターン精度よく形成可能
である。従って、本実施形態において示したTiO2 結
晶の導電性材料は、各種の機能素子の製造において有効
に利用することが可能である。
の導電性材料は、所望の部分に導電性領域が形成でき
る。例えば、図5は、所定の大きさのTiO2 結晶基板
20に、上述のような方法を用い、導電領域(図中の斜
線領域)26および絶縁領域27をぞれぞれ基板20の
長手方向に沿って交互に形成したデバイス構成を示して
いる。図5に示されるように、本実施形態の構成を利用
して、TiO2 結晶基板の任意の領域に、選択的に導電
領域26と絶縁領域27とをパターン精度よく形成可能
である。従って、本実施形態において示したTiO2 結
晶の導電性材料は、各種の機能素子の製造において有効
に利用することが可能である。
【図1】 本実施形態に用いたTiO2 結晶基板の平面
図である。
図である。
【図2】 図1のTiO2 結晶基板のII−II線に沿った
断面図である。
断面図である。
【図3】 本実施形態のドーピング用溶剤塗布工程後の
試料の断面構成を示す図である。
試料の断面構成を示す図である。
【図4】 本実施形態の加熱処理後における試料の断面
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図5】 所定のTiO2 結晶基板に任意のパターンで
導電性領域を形成したデバイスの平面図である。
導電性領域を形成したデバイスの平面図である。
4 ドーピング用溶剤塗布領域、5 無塗布領域、8
試料、10 TiO2結晶基板、12 上表面、13
ドーピング溶剤層、14 下表面、16 導電性領域、
17 絶縁性領域、23 溶剤残留物。
試料、10 TiO2結晶基板、12 上表面、13
ドーピング溶剤層、14 下表面、16 導電性領域、
17 絶縁性領域、23 溶剤残留物。
Claims (8)
- 【請求項1】 ルチル構造の酸化チタン結晶の所定領域
にリチウムが選択的にドープされ、このリチウムがドー
プされた領域に導電性領域が選択的に形成されているこ
とを特徴とする酸化チタン結晶の導電性材料。 - 【請求項2】 リチウムと貴金属とを含むドーピング用
溶剤を所定の表面領域に選択的に付着させたルチル構造
の酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む雰囲
気中で加熱処理することにより得られる酸化チタン結晶
の導電性材料であって、前記溶剤が付着された領域から
その内部方向に向けてリチウムが選択的にドープされ、
前記リチウムがドープされた領域に導電性領域が形成さ
れていることを特徴とする酸化チタン結晶の導電性材
料。 - 【請求項3】 リチウムと貴金属とを含むドーピング用
溶剤を所定の表面領域に選択的に付着させたルチル構造
の酸化チタン結晶を酸化性ガスと還元性ガスを含む雰囲
気中で温度を600K〜850Kの範囲に保持して加熱
処理することにより得られる酸化チタン結晶の導電性材
料であって、前記溶剤が付着された表面領域から結晶内
部の<001>結晶軸方向においてリチウムが選択的に
ドープされている領域に、導電性領域が形成されている
ことを特徴とする酸化チタン結晶の導電性材料。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1つに記載の導
電性材料において、 前記導電性領域は、リチウムがドープされなかった領域
に比べ導電率が10倍以上であることを特徴とする酸化
チタン結晶の導電性材料。 - 【請求項5】 ルチル構造の酸化チタン結晶の所定の表
面領域に、リチウムと貴金属とを含むドーピング用溶剤
を選択的に塗布する塗布工程と、 表面にドーピング用溶剤が塗布された酸化チタン結晶を
酸化性ガスと還元性ガスとを含む雰囲気中で、温度を6
00K〜850Kの範囲に保持する加熱工程と、 を含み、 ドーピング用溶剤を塗布した前記表面領域から内部領域
に向けてリチウムをドープし、前記酸化チタン結晶内に
導電領域を選択的に形成することを特徴とする酸化チタ
ン結晶の導電性材料の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の製造方法であって、 前記ドーピング用溶剤に含まれるリチウム原子は、塩化
リチウム、水酸化リチウム及び炭酸リチウムの内、少な
くともいずれか1つの化合物から得られることを特徴と
する酸化チタン結晶の導電性材料の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5または6に記載の製造方法であ
って、 前記ドーピング用溶剤に含まれる貴金属は、白金、パラ
ジウム及びロジウムの少なくとも1つを含むことを特徴
とする酸化チタン結晶の導電性材料の製造方法。 - 【請求項8】 請求項5〜7のいずれか1つに記載の製
造方法において、 前記加熱工程における前記酸化性ガスは酸素ガスであ
り、 前記還元性ガスは水素ガス、一酸化炭素ガス及び炭化水
素ガスの少なくとも1つを含むガスであることを特徴と
する酸化チタン結晶の導電性材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7581196A JPH09265832A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 酸化チタン結晶の導電性材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7581196A JPH09265832A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 酸化チタン結晶の導電性材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09265832A true JPH09265832A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=13586949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7581196A Pending JPH09265832A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 酸化チタン結晶の導電性材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09265832A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022180341A (ja) * | 2021-05-24 | 2022-12-06 | 学校法人 名城大学 | ルチル型酸化チタン結晶材料を用いた導電性材料の製造方法及び導電性材料 |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP7581196A patent/JPH09265832A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022180341A (ja) * | 2021-05-24 | 2022-12-06 | 学校法人 名城大学 | ルチル型酸化チタン結晶材料を用いた導電性材料の製造方法及び導電性材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Fabrication and evaluation of platinum/diamond composite electrodes for electrocatalysis: Preliminary studies of the oxygen-reduction reaction | |
| US4028274A (en) | Support material for a noble metal catalyst and method for making the same | |
| Fleischmann et al. | The application of microelectrodes to the study of homogeneous processes coupled to electrode reactions: part I. EC′ and CE reactions | |
| JPS5916495B2 (ja) | 担体に担持された貴金属−耐火金属合金触媒を製造する方法 | |
| US8389175B2 (en) | Fuel cell having a stabilized cathode catalyst | |
| US4078119A (en) | Method for catalyzing a fuel cell electrode and an electrode so produced | |
| US20110143934A1 (en) | Stabilized platinum catalyst | |
| JP2005161203A (ja) | 金属オキシナイトライド電極触媒 | |
| JP3690552B2 (ja) | 金属ペーストの焼成方法 | |
| US4416911A (en) | Gas sensor elements and methods of manufacturing them | |
| EP0157385B1 (en) | Fuel cell electrode, process for producing the same and fuel cell using the same | |
| US3979227A (en) | Method for catalyzing a fuel cell electrode and an electrode so produced | |
| JPH06140047A (ja) | 燐酸形燃料電池触媒のカーボン担体の製造方法 | |
| WO2005001967A1 (en) | Platinum-chromium-copper/nickel fuel cell catalyst | |
| US4031291A (en) | Hydrogen-oxidizing catalyst, and fuel cell electrode using same | |
| WO2009139748A1 (en) | Method of producing a stabilized platinum catalyst | |
| JPH0822827A (ja) | 燃料電池用電極とその製造方法 | |
| Xu et al. | Nature of Sensitivity Promotion in Pd‐Loaded SnO2 Gas Sensor | |
| JP2997135B2 (ja) | ダイアモンドのエッチング方法 | |
| Pohl et al. | Extension of the rotating disk electrode method to thin samples of non-disk shape | |
| Tamašauskaitė-Tamašiūnaitė et al. | Investigation of titanium supported nanostructured Au-Ni and Pt-Ni thin layers as electrocatalysts for DBFC | |
| Lee et al. | Electrocatalytic oxidation of CO on Ru (0001) surfaces: The influence of surface disorder | |
| JPH10114598A (ja) | 酸化チタン結晶の導電性材料の製造方法 | |
| JP3623870B2 (ja) | 空燃比検出素子及びその製造方法、並びに空燃比検出素子の安定化方法 | |
| JPH0610923B2 (ja) | 酸化チタン結晶の導電性材料及びその製法 |