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JP2742366B2 - Method for producing glass containing CdSxSe (1-x) semiconductor microcrystals - Google Patents
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JP2742366B2 - Method for producing glass containing CdSxSe (1-x) semiconductor microcrystals - Google Patents

Method for producing glass containing CdSxSe (1-x) semiconductor microcrystals

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JP2742366B2
JP2742366B2 JP6873193A JP6873193A JP2742366B2 JP 2742366 B2 JP2742366 B2 JP 2742366B2 JP 6873193 A JP6873193 A JP 6873193A JP 6873193 A JP6873193 A JP 6873193A JP 2742366 B2 JP2742366 B2 JP 2742366B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CdSx Se(1-x)
導体微結晶含有ガラスの製造方法に関する。本発明によ
り得られるCdSx Se(1-x) 半導体微結晶含有ガラス
は、光スイッチや光波長変換素子等の、光情報分野にお
いて用いられる大きな非線形効果を有するガラス材料と
して利用される。
The present invention relates to a process for the preparation of CdS x Se (1-x) semiconductor nanocrystals containing glass. The CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass obtained by the present invention is used as a glass material having a large nonlinear effect used in the optical information field, such as an optical switch and an optical wavelength conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】CdSx Se(1-x) 、CuCl、CuB
rなどの半導体微結晶を含有したガラスは、 光双安定性を有する、 ps(ピコ秒)オーダーの光緩和時間を有する、 量子サイズ効果が存在する、 等の点から、光スイッチや光波長変換素子等に利用可能
な非線形光学材料として注目されている。このような半
導体微結晶を含有したガラスとしては、1%程度のCd
x Se(1-x) 微結晶を含んだ多成分ガラスが一般的に
知られており、フィルターガラスとして市販されてい
る。この半導体微結晶含有ガラスは、マトリックスとな
るガラスの原料と半導体の原料とを加熱してガラス融液
とした後、このガラス融液を急冷、再加熱処理すること
により製造される。
2. Description of the Related Art CdS x Se (1-x) , CuCl, CuB
Glass containing semiconductor microcrystals such as r has optical bistability, has optical relaxation time on the order of ps (picoseconds), and has a quantum size effect. It is attracting attention as a nonlinear optical material that can be used for devices and the like. Glass containing such semiconductor microcrystals has a Cd content of about 1%.
Multicomponent glasses containing S x Se (1-x) microcrystals are generally known and are commercially available as filter glasses. The semiconductor microcrystal-containing glass is manufactured by heating a glass material serving as a matrix and a semiconductor material to form a glass melt, and then rapidly cooling and reheating the glass melt.

【0003】しかしながら、このような溶融法による従
来の半導体微結晶含有ガラスは、 ガラス融液の調製時に半導体原料の酸化、揮発、分解
が生じるために、半導体微結晶の含有濃度が低い、 急冷後の再加熱処理で半導体微結晶が無秩序に成長す
るために、半導体微結晶の大きさが均一でない、 薄膜化することが困難である、 含有させ得る化合物半導体の種類に制限がある、 等の点から、非線形光学材料として有用であるとは言い
難い。
However, the conventional glass containing semiconductor microcrystals produced by such a melting method has a low content of semiconductor microcrystals due to oxidation, volatilization and decomposition of the semiconductor raw material during the preparation of the glass melt. Because the semiconductor microcrystals grow randomly in the reheating treatment, the size of the semiconductor microcrystals is not uniform, it is difficult to reduce the thickness, and there are restrictions on the types of compound semiconductors that can be contained. Therefore, it is hard to say that it is useful as a nonlinear optical material.

【0004】このため、半導体微結晶の含有濃度の向
上、半導体微結晶の大きさの均一化あるいは薄膜化等を
目的として、ゾル−ゲル法、CVD法、スパッタリング
法、同時蒸着法、リソグラフィー法、多孔質ガラスの利
用等の、新しい非晶質材料作製技術を用いた半導体微結
晶含有ガラスの作製が種々試みられている。
For this purpose, sol-gel methods, CVD methods, sputtering methods, simultaneous vapor deposition methods, lithography methods, etc. have been used for the purpose of improving the content concentration of semiconductor microcrystals, making the size of semiconductor microcrystals uniform or thinning, and the like. Various attempts have been made to produce glass containing semiconductor microcrystals using a new amorphous material production technique such as the use of porous glass.

【0005】これらの中で、CdSx Se(1-x) 半導体
微結晶含有ガラスの作製方法としては、特開平3−18
7950号公報に記載の方法とザルジキー(Zarzy
cki)らが報告している方法(Journal of
Non−Crystalline solids,
21 221(1990)、SPIE Proceed
ings of Sol−Gel Optics,13
28 108(1990))とがある。
[0005] Among them, a method for producing CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 3-18 / 1991.
No. 7950, Zarzyki (Zarzy)
cki) et al. (Journal of
Non-Crystalline solids, 1
21 221 (1990), SPIE Proceed
ins of Sol-Gel Optics, 13
28 108 (1990)).

【0006】前者の方法は、Cd元素とSe元素(また
はS元素)を含むゲル固化体を還元雰囲気中で加熱して
CdSe半導体微結晶(またはCdS半導体微結晶)を
ガラスマトリックス中に析出させた後、H2 Sガス(ま
たはH2 Seガス)と反応させて、ガラスマトリックス
中に粒子径が小さく、粒径の分布が均一なCdSx Se
(1-x) 半導体微結晶がドープされた半導体含有ガラスを
得るものである。
In the former method, a solidified gel containing a Cd element and a Se element (or an S element) is heated in a reducing atmosphere to precipitate CdSe semiconductor microcrystals (or CdS semiconductor microcrystals) in a glass matrix. Then, it reacts with H 2 S gas (or H 2 Se gas) to form CdS x Se having a small particle size and a uniform particle size distribution in the glass matrix.
(1-x) A semiconductor-containing glass doped with semiconductor microcrystals is obtained.

【0007】一方、後者の方法は、セレン酸カリウム
(K2 SeO4 )と硝酸カドミウム(Cd(N
3 2 )を半導体微結晶の原料として作製したCd元
素とSe元素を含む湿潤シリカゲルを、チオアセトアミ
ド(CH3 CSNH2 )溶液に浸漬しS2-を湿潤ゲル内
に拡散させることによって、CdSx Se(1-x) 半導体
微結晶を分散させたシリカゲルを得るというものであ
る。
On the other hand, the latter method uses potassium selenate (K 2 SeO 4 ) and cadmium nitrate (Cd (N
A wet silica gel containing Cd element and Se element prepared using O 3 ) 2 ) as a raw material of semiconductor microcrystals is immersed in a thioacetamide (CH 3 CSNH 2 ) solution to diffuse S 2− into the wet gel. The purpose is to obtain silica gel in which CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals are dispersed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようする課題】しかしながら、これらの
方法には、 SとSeの比率の制御が容易ではない、 半導体微結晶内での元素の存在分布が均一でない恐れ
がある、 半導体微結晶のサイズ制御が容易ではない、 等の問題がある。また前者の特開平3−187950号
公報に記載の方法は、有毒なH2 SガスやH2 Seガス
を使用するので、安全性に十分な配慮をする必要があ
る。
However, in these methods, it is difficult to control the ratio of S to Se, there is a possibility that the distribution of elements in the semiconductor microcrystal may not be uniform, and the size of the semiconductor microcrystal may be small. There are problems such as difficult control. Also, the former method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-187950 uses toxic H 2 S gas or H 2 Se gas, so that it is necessary to give due consideration to safety.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、本発明のCdSx
(1-x) (但し、0<x<1である)半導体微結晶含有
ガラスの製造方法は、Cd,SおよびSe元素を含有す
る酸性溶液と、最終的にガラスとなる化合物成分とを混
合した後、ゲル化・乾燥させてゲル固化体を得て、該ゲ
ル固化体を還元雰囲気内で熱処理してガラスマトリック
ス中にCdSx Se(1-x) 半導体微結晶を析出させるこ
とを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention has been made to solve the above problems, CdS x S of the present invention
e (1-x) (where 0 <x <1) A method for producing a semiconductor microcrystal-containing glass comprises the steps of: mixing an acidic solution containing Cd, S, and Se elements with a compound component that eventually becomes glass. After mixing, the mixture is gelled and dried to obtain a solidified gel, and the solidified gel is heat-treated in a reducing atmosphere to precipitate CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals in a glass matrix. It is assumed that.

【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
CdSx Se(1-x) 半導体微結晶含有ガラスの製造方法
においては、出発原料としてCd,S,Se元素を含有
する酸性溶液(A) と最終的にガラスとなる化合物成分
(B) とを用いる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the method for producing glass containing CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals of the present invention, an acidic solution (A) containing Cd, S, and Se elements as a starting material and a compound component that finally becomes glass
(B) is used.

【0011】ここにCd,S,Se元素含有酸性溶液
(A) は、Cd,S,Se元素の少なくとも1種を含む化
合物の1種または2種以上を酸に溶解し、反応させるこ
とにより得られる。ここに、Cd,S,Se元素の少な
くとも1種を含有する化合物としては、例えばカドミウ
ム単体、酢酸カドミウム、硝酸カドミウム、塩化カドミ
ウム、過塩素酸カドミウムなどのCd元素含有化合物、
セレン単体、セレン酸、亜セレン酸、セレン酸アンモニ
ウム、セレノ尿素などのSe元素含有化合物、イオウ単
体、チオシアン酸アンモニウム、チオ尿素、硫酸、硫酸
アンモニウムなどのS元素含有化合物、セレン酸カドミ
ウムなどのCd,Se元素含有化合物、硫酸カドミウム
などのCd,S元素含有化合物などが挙げられる。
Here, an acidic solution containing Cd, S and Se elements
(A) is obtained by dissolving one or more compounds containing at least one of Cd, S, and Se elements in an acid and reacting them. Here, examples of the compound containing at least one of Cd, S, and Se elements include Cd element-containing compounds such as cadmium alone, cadmium acetate, cadmium nitrate, cadmium chloride, and cadmium perchlorate;
Se element-containing compounds such as selenium alone, selenic acid, selenous acid, ammonium selenate, selenourea, sulfur alone, S element-containing compounds such as ammonium thiocyanate, thiourea, sulfuric acid, and ammonium sulfate; Cd such as cadmium selenate; Examples include Se element-containing compounds and Cd and S element-containing compounds such as cadmium sulfate.

【0012】またCd,S,Se元素の少なくとも1種
を含有する化合物を溶解するための酸としては硝酸、過
塩素酸などの無機酸が挙げられ、また溶媒としては水、
有機溶媒(アルコール類など)が挙げられる。
As an acid for dissolving a compound containing at least one of the elements Cd, S and Se, inorganic acids such as nitric acid and perchloric acid can be mentioned.
Organic solvents (such as alcohols) are mentioned.

【0013】Cd,S,Se元素の少なくとも1種を含
有する化合物は、酸性溶液中で互いに反応して、Cd,
S,Se元素が均一に分散した反応系を形成する。例え
ば出発原料としてセレン酸カドミウムとチオシアン酸ア
ンモニウムとを用い、これらを濃硝酸に溶解した場合に
は、チオシアン酸アンモニウムは濃硝酸によってSe
(NH2 2 になり、セレン酸カドミウムと反応し、錯
体Cd[Se(NH2 2 n SeO4 を形成する。
Compounds containing at least one of the elements Cd, S and Se react with each other in an acidic solution to form Cd,
A reaction system in which S and Se elements are uniformly dispersed is formed. For example, when cadmium selenate and ammonium thiocyanate are used as starting materials and these are dissolved in concentrated nitric acid, ammonium thiocyanate is converted to Se by concentrated nitric acid.
(NH 2 ) 2 and reacts with cadmium selenate to form a complex Cd [Se (NH 2 ) 2 ] n SeO 4 .

【0014】本発明の好ましい態様によれば、上記C
d,Se,S元素含有酸性溶液(A) にアンモニア水等の
pH調整剤を加えてpHを調製することにより、酸性溶
液(A)中のSeとSとの割合を適宜コントロールするこ
とができる。すなわち、pHを低くすると、Seが系外
に出てしまい、最終的に得られるCdSx Se(1-x)
導体微粒子におけるSの割合xが相対的に大きく、Se
の割合(1−x)が相対的に小さくなる。また逆にpH
を高くすると、Seが系内に残り易いので、CdSx
(1-x) 微粒子におけるSの割合が相対的に小さく、S
eの割合が相対的に大きくなる。例えば、濃硝酸40g
と水30gの酸性溶液にセレン酸カドミウム(CdSe
4 )とチオシアン酸アンモニウム(NH4 SCN)を
溶解させると、チオシアン酸アンモニウムがSC(NH
2 2 に変化し、CdSeO4 との間に錯体Cd[SC
(NH2 2 n ・SeO4 が形成される。この錯体の
nの値は1〜3の範囲で、錯体中のSの比率が、Seの
それより高くなる。錯体形成に関与しないSe分はゲル
化の際に系外に出てしまい、最終的にもSの割合が大き
くなる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the above C
By adjusting the pH by adding a pH adjuster such as aqueous ammonia to the acidic solution (A) containing d, Se, and S elements, the ratio of Se to S in the acidic solution (A) can be appropriately controlled. . That is, when the pH is lowered, Se goes out of the system, and the proportion x of S in the finally obtained CdS x Se (1-x) semiconductor fine particles is relatively large, and Se
(1-x) becomes relatively small. Conversely, pH
Is high, Se tends to remain in the system, so CdS x S
e The proportion of S in the (1-x) fine particles is relatively small,
The ratio of e becomes relatively large. For example, concentrated nitric acid 40g
Cadmium selenate (CdSe)
O 4 ) and ammonium thiocyanate (NH 4 SCN) are dissolved, and ammonium thiocyanate is converted to SC (NH
2 ) changes to 2 and forms a complex Cd [SC with CdSeO 4
(NH 2 ) 2 ] n · SeO 4 is formed. The value of n of this complex is in the range of 1 to 3, and the ratio of S in the complex is higher than that of Se. Se that does not participate in complex formation goes out of the system during gelation, and eventually the proportion of S also increases.

【0015】一方、アンモニア水等で溶液のpHを高く
するとNH4 SCNはSC(NH22 にならず、Cd
SeO4 との間に錯体を形成することはない。それ故、
ゲル化の際に調合成分の全てが系外に分離されることな
く、ゲル中に含まれることになるので、Se比率が高く
なる。
On the other hand, if the pH of the solution is increased with ammonia water or the like, NH 4 SCN does not become SC (NH 2 ) 2 but Cd
No complex is formed with SeO 4 . Therefore,
At the time of gelation, all of the prepared components are included in the gel without being separated out of the system, so that the Se ratio is increased.

【0016】本発明においては、上記Cd,S,Se元
素含有酸性溶液(A) に、最終的にガラスとなる化合物成
分(B) を混合するが、この最終的にガラスとなる化合物
成分(B) としては、ガラス構成金属を有するアルコキシ
ド類またはそれらの加水分解物が用いられる。すなわ
ち、例えば得ようとするガラスがシリカ単成分系ガラス
の場合、ケイ素テトラアルコキシド(テトラアルコキシ
シラン)、その部分または完全加水分解物が用いられ
る。また得ようとするガラスが多成分系ガラスの場合に
は、その成分に応じてケイ素、ホウ素、ジルコニウム、
チタニウム、アルミニウム等のアルコキシド類またはそ
れらの部分または完全加水分解物が用いられる。最終的
にガラスとなる化合物成分(B) として、ガラス構成金属
の硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩などの無機塩
や、酢酸塩などの有機塩を用いてもよい。またガラス構
成金属酸化物それ自体も部分的に用いることができる。
In the present invention, the compound component (B) that finally becomes glass is mixed with the acidic solution (A) containing the Cd, S, and Se elements. As), alkoxides having a glass constituent metal or a hydrolyzate thereof are used. That is, for example, when the glass to be obtained is a silica single-component glass, silicon tetraalkoxide (tetraalkoxysilane), a partial or complete hydrolyzate thereof is used. When the glass to be obtained is a multi-component glass, silicon, boron, zirconium,
Alkoxides such as titanium and aluminum or their partial or complete hydrolysates are used. As the compound component (B) which finally becomes glass, an inorganic salt such as a nitrate, a carbonate, a phosphate or a borate of a glass constituent metal, or an organic salt such as an acetate may be used. Further, the glass constituent metal oxide itself can be partially used.

【0017】本発明においては、上記Cd,Se,S元
素含有酸性溶液(A) とガラス形成化合物成分(B) との混
合物をゲル化・乾燥させてゲル固化体を得る。このゲル
化・乾燥処理は、以下のようにして行なわれる。すなわ
ち、溶液(A) と成分(B) との混合物を撹拌してゾル溶液
を作製した後、ポリメチルペンテンやポリプロピレンな
どの容器に移し放置する。この放置によりゾル溶液中の
ガラス形成化合物成分(B) が加水分解、重合反応を行な
いゲル化し、注意深く乾燥することにより過剰の水や有
機溶媒が揮発してCd,S,Se元素を含むゲル固化体
が得られる。
In the present invention, a mixture of the acidic solution (A) containing the Cd, Se, and S elements and the glass-forming compound component (B) is gelled and dried to obtain a solidified gel. This gelling and drying treatment is performed as follows. That is, after a mixture of the solution (A) and the component (B) is stirred to prepare a sol solution, the solution is transferred to a container such as polymethylpentene or polypropylene and left. By this standing, the glass-forming compound component (B) in the sol solution undergoes hydrolysis and polymerization reaction to form a gel, and by careful drying, excess water and an organic solvent volatilize to solidify the gel containing Cd, S, and Se elements. The body is obtained.

【0018】本発明においては、得られたゲル固化体を
還元雰囲気内で熱処理することにより、ガラスマトリッ
クス中にCdSx Se(1-x) 半導体微結晶が分散した、
目的とする半導体微結晶含有ガラスを得ることができ
る。還元雰囲気内での熱処理は、例えば水素ガスと不活
性ガス(窒素ガス、ヘリウムガスなど)の混合ガス中に
ゲル固化体を置き、例えば300〜1100℃の温度で
1〜10時間加熱することにより行なわれる。この熱処
理によりゲル固化体がガラス化するとともにCdSx
(1-x) 微結晶がガラス内に析出する。上記熱処理にお
いて、加熱温度が300℃未満であると有機物、CN
基、NH2 基などの離脱・分解が生ぜずガラス化が不十
分となり、CdSx Se(1-x) 微結晶も析出しにくく、
また1100℃を超えると、Sの割合xが低くなり、場
合によってはマトリックスであるガラス自身の結晶化が
起る可能性があるので、加熱温度は上述のように300
〜1100℃とするのが好ましい。また上記熱処理にお
いて、加熱時間は1時間未満であるとガラス化およびC
dSx Se(1-x) 半導体微結晶の析出が不十分となる。
一方、あまりに長時間の加熱は意味がなく、例えば10
時間を超えて加熱しても最早変化は認められなかった。
In the present invention, the obtained solidified gel is heat-treated in a reducing atmosphere to disperse CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals in a glass matrix.
The desired semiconductor microcrystal-containing glass can be obtained. The heat treatment in a reducing atmosphere is performed, for example, by placing the solidified gel in a mixed gas of a hydrogen gas and an inert gas (such as a nitrogen gas or a helium gas) and heating it at a temperature of, for example, 300 to 1100 ° C. for 1 to 10 hours. Done. By this heat treatment, the solidified gel becomes vitrified and CdS x S
e (1-x) microcrystals precipitate in the glass. In the above heat treatment, if the heating temperature is lower than 300 ° C., an organic substance, CN
Group, NH 2 group, etc. do not desorb and decompose, vitrification becomes insufficient, and CdS x Se (1-x) microcrystals hardly precipitate,
If the temperature exceeds 1100 ° C., the proportion x of S decreases, and in some cases, crystallization of the glass itself as a matrix may occur.
The temperature is preferably set to 1100 ° C. In the heat treatment, if the heating time is less than 1 hour, vitrification and C
Precipitation of dS x Se (1-x) semiconductor microcrystals becomes insufficient.
On the other hand, heating for too long is meaningless, for example, 10
No change was observed anymore when heating was performed for more than an hour.

【0019】本発明の好ましい態様によれば、熱処理条
件を適宜変化させることにより、CdSx Se(1-x)
導体微結晶におけるSの割合xとSeの割合(1−x)
を適宜変動させることができる。この点を詳述すると、
酸性溶液(pH約2)の条件下で調合し、錯体形成を行
なって得られたゲルを加熱したときのCdSx Se(1
-x) のxの値は、400℃で2時間,5時間及び10時
間加熱したとき、それぞれ順にx=0.52,0.49
及び0.40となり時間が長くなるにつれてxの値は小
さくなった。また400℃,500℃で2時間加熱した
ときはそれぞれx=0.52,0.29となった。
According to a preferred embodiment of the present invention, by appropriately changing the heat treatment conditions, the ratio x of S and the ratio of Se (1-x) in the CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals.
Can be varied appropriately. To elaborate on this point,
CdS x Se (1 ) was prepared by heating the gel obtained by mixing and forming a complex under the condition of an acidic solution (about pH 2).
The value of x in -x) is x = 0.52, 0.49 when heated at 400 ° C. for 2, 5, and 10 hours, respectively.
And 0.40, and the value of x became smaller as the time became longer. Further, when heated at 400 ° C. and 500 ° C. for 2 hours, x = 0.52 and 0.29, respectively.

【0020】結晶の大きさについては、熱処理条件を変
えてもそれほど大きく変化しなかった。ただpHの値が
大きいほど小さくなる傾向があるが、むしろCdSx
(1 -x) の量に強く依存し、その量が多くなると結晶径
も大きくなる傾向がある。本発明により得られる半導体
微結晶の好ましい粒子径は20〜100オングストロー
ムである。
The crystal size did not change so much even when the heat treatment conditions were changed. However, as the pH value increases, it tends to decrease, but rather CdS x S
It strongly depends on the amount of e (1 -x), and as the amount increases, the crystal diameter tends to increase. The preferred particle size of the semiconductor microcrystal obtained by the present invention is 20 to 100 Å.

【0021】[0021]

【実施例】以下実施例により本発明を更に説明する。 実施例1 セレン酸カドミウム(CdSeO4 )3.8gを濃硝酸
(HNO3 )40.0gと水(H2 O)30.0gの混
合液に加え、室温で撹拌して溶解させた後、チオシアン
酸アンモニウム(NH4 SCN)0.6gを加えてC
d、SおよびSe元素を含む酸性溶液を作製した。この
溶液のpHを測定したところ、pH=2であった。この
溶液にテトラエトキシシラン(Si(OC2 5 4
177.0gを撹拌しながら加え、1時間撹拌してゾル
溶液を作製した。
The present invention will be further described with reference to the following examples. Example 1 3.8 g of cadmium selenate (CdSeO 4 ) was added to a mixed solution of 40.0 g of concentrated nitric acid (HNO 3 ) and 30.0 g of water (H 2 O), and the mixture was stirred at room temperature to be dissolved. 0.6 g of ammonium acid (NH 4 SCN)
An acidic solution containing d, S and Se elements was prepared. When the pH of this solution was measured, it was pH = 2. To this solution is added tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 )
177.0 g was added with stirring, and stirred for 1 hour to prepare a sol solution.

【0022】得られたゾル溶液は、ポリメチルペンテン
やポリプロピレンなどの容器に移し放置した。ゾル溶液
は、加水分解と重合反応が進行するとともにゲル化し、
注意深く乾燥することにより余分の水や有機溶媒が揮発
して、Cd、Se、Sを含むゲル固化体となった。
The obtained sol solution was transferred to a container such as polymethylpentene or polypropylene and allowed to stand. The sol solution gels as the hydrolysis and polymerization reaction progresses,
By careful drying, excess water and organic solvent were volatilized, and a solidified gel containing Cd, Se, and S was obtained.

【0023】得られたゲル固化体を電気管状炉に入れ、
水素、窒素混合ガス(H2 :N2 =3:97)を流しな
がら、500℃で2時間加熱することによって、CdS
x Se(1-x) 半導体微結晶を析出させたガラスを製造し
た。
The obtained solidified gel is placed in an electric tube furnace,
By heating at 500 ° C. for 2 hours while flowing a mixed gas of hydrogen and nitrogen (H 2 : N 2 = 3: 97), CdS
A glass on which x Se (1-x) semiconductor microcrystals were precipitated was manufactured.

【0024】この半導体含有ガラスの組成は、10.0
重量%のCdSx Se(1-x) を含むシリカ(SiO2
ガラスであり、試料のX線回折によって六方晶系のCd
xSe(1-x) 結晶のみが認められ、他の結晶物の存在
は認められなかった。更に、CdSx Se(1-x) 結晶の
Sの割合x、結晶の大きさ、エネルギーギャップ値を求
めた。CdSx Se(1-x) 結晶のSの割合xは、X線回
折測定の格子定数およびラマン分光スペクトルから求め
たところ、共にx=0.29であった。結晶の大きさを
X線回折のピーク幅(シェラー(Scherrer)の
式を用いる)と透過型電子顕微鏡を使用して求めたとこ
ろ、その値は、共に63オングストローム(平均)であ
った。また、可視紫外吸収スペクトルから求めたエネル
ギーギャップ値(Eg)は1.79eVであった。
The composition of the semiconductor-containing glass is 10.0
Silica (SiO 2 ) containing CdS x Se (1-x) by weight
It is glass, and hexagonal Cd is obtained by X-ray diffraction of the sample.
Only S x Se (1-x) crystals were observed, and no other crystals were found. Furthermore, the ratio x of S in the CdS x Se (1-x) crystal, the size of the crystal, and the energy gap value were determined. The ratio x of S in the CdS x Se (1-x) crystal was determined from the lattice constant of the X-ray diffraction measurement and the Raman spectroscopy, and was both x = 0.29. When the size of the crystal was determined using a peak width of X-ray diffraction (using the Scherrer equation) and a transmission electron microscope, both values were 63 Å (average). The energy gap value (Eg) determined from the visible ultraviolet absorption spectrum was 1.79 eV.

【0025】実施例2〜10 CdSx Se(1-x) の含有量および/まは加熱条件を変
えた以外は実施例1と同様にしてCdSx Se(1-x)
導体微結晶含有ガラスを作製した。結果を実施例1の結
果と共に表1に示す。
Examples 2 to 10 CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass in the same manner as in Example 1 except that the content of CdS x Se (1-x) and / or the heating conditions were changed. Was prepared. The results are shown in Table 1 together with the results of Example 1.

【0026】[0026]

【表1】 表1より、CdSx Se(1-x) の含有量および/または
加熱条件(温度と時間)を適宜変動させることにより、
CdSx Se(1-x) 半導体微結晶中のSの割合x(換言
すればSeの割合(1−x))および粒子径を適宜変化
させることができることが明らかとなった。また、エネ
ルギーギャップ値(Eg)は1.79〜1.90eVの
範囲であり、優れた値を示した。
[Table 1] From Table 1, by appropriately changing the content of CdS x Se (1-x) and / or the heating conditions (temperature and time),
It has been clarified that the ratio x of S in the CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal (in other words, the ratio of Se (1-x)) and the particle diameter can be appropriately changed. Further, the energy gap value (Eg) was in the range of 1.79 to 1.90 eV, showing an excellent value.

【0027】実施例11〜13 実施例1と同様の手順で作製したCd,SeおよびS元
素を含む酸性溶液へアンモニア水(NH4 OH)を加え
てpHを5.3に調整した他は、実施例1と同様にして
CdSx Se(1-x) 半導体微結晶含有ガラスを作製し
た。結果を表2に示す。
Examples 11 to 13 Ammonia water (NH 4 OH) was added to an acidic solution containing Cd, Se and S elements prepared in the same procedure as in Example 1 to adjust the pH to 5.3. A CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass was produced in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.

【0028】[0028]

【表2】 表2より、酸性溶液のpHを上昇させることにより、C
dSx Se(1-x) 半導体微結晶中のSの割合xを少なく
し、Seの割合(1−x)を多くすることが可能となる
ことが判明した。またエネルギーギャップ値(Eg)は
1.79〜1.82eVの範囲であり、優れた値を示し
た。
[Table 2] From Table 2, it can be seen that by increasing the pH of the acidic solution,
It has been found that it is possible to reduce the ratio x of S in the dS x Se (1-x) semiconductor microcrystal and increase the ratio (1-x) of Se. In addition, the energy gap value (Eg) was in the range of 1.79 to 1.82 eV, showing an excellent value.

【0029】実施例14、15 酢酸カドミウム2水塩(Cd(CH3 COO)2 ・2H
2 O)、セレン(Se)粉末、チオ尿素(SC(N
2 2 )を原料にしてCd,SおよびSe元素を含む
酸性溶液を作製した。この溶液のpHを測定したとこ
ろ、pH=1.5であった。この酸性溶液を用いて実施
例1と同様にしてCdSx Se(1-x) 半導体微結晶含有
ガラスを作製した。結果を表3に示す。
[0029] Examples 14, 15 cadmium acetate dihydrate (Cd (CH 3 COO) 2 · 2H
2 O), selenium (Se) powder, thiourea (SC (N
An acidic solution containing Cd, S and Se elements was prepared using H 2 ) 2 ) as a raw material. When the pH of this solution was measured, it was pH = 1.5. Using this acidic solution, a glass containing CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystals was produced in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results.

【0030】[0030]

【表3】 表3より、酸性溶液中のCd,S,Se元素の給源とし
て、実施例1〜10で用いたものと異なる化合物(酢酸
カドミウム2水塩、セレン粉末、チオ尿素)を用いた場
合にもエネルギーギャップ値(Eg)が1.94〜1.
98の高値を示すCdSx Se(1-x) 半導体微結晶含有
ガラスが得られることが明らかである。
[Table 3] From Table 3, it can be seen that even when a compound (cadmium acetate dihydrate, selenium powder, thiourea) different from those used in Examples 1 to 10 is used as a source of the Cd, S, Se elements in the acidic solution, the energy is also increased. The gap value (Eg) is 1.94 to 1.
It is clear that a CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass having a high value of 98 can be obtained.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた非線形光学特性を有するCdSx Se(1-x) 半導
体微結晶含有ガラスを得ることができる。
As described above, according to the present invention,
CdS x Se (1-x) semiconductor microcrystal-containing glass having excellent nonlinear optical characteristics can be obtained.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Cd,SおよびSe元素を含有する酸性
溶液と、最終的にガラスとなる化合物成分とを混合した
後、ゲル化・乾燥させてゲル固化体を得て、該ゲル固化
体を還元雰囲気内で熱処理してガラスマトリックス中に
CdSx Se(1-x) (但し、0<x<1である)半導体
微結晶を析出させることを特徴とするCdSx Se
(1-x) 半導体微結晶含有ガラスの製造方法。
1. An acidic solution containing Cd, S and Se elements is mixed with a compound component which finally becomes glass, and then gelled and dried to obtain a gel solidified product. CdS and heat-treated in a reducing atmosphere in a glass matrix x Se (1-x) (where, 0 <x <a 1) CdS x Se, characterized in that to precipitate the semiconductor nanocrystals
(1-x) A method for producing glass containing semiconductor microcrystals.
【請求項2】 酸性溶液のpHを調製してCdSx Se
(1-x) 半導体微結晶のSとSeの割合を制御することを
特徴とする、請求項1に記載の方法。
2. The pH of an acidic solution is adjusted to adjust CdS x Se.
The method according to claim 1, wherein the ratio of S and Se in the (1-x) semiconductor microcrystal is controlled.
【請求項3】 熱処理条件を変化させてCdSx Se
(1-x) 半導体微結晶のSとSeの割合を変化させること
を特徴とする、請求項1に記載の方法。
3. CdS x Se by changing heat treatment conditions.
The method according to claim 1, wherein the ratio of S and Se in the (1-x) semiconductor microcrystal is changed.
【請求項4】 前記酸性溶液中のCd元素の給源とし
て、カドミウム単体、酢酸カドミウム、硝酸カドミウ
ム、塩化カドミウム、過塩素酸カドミウム、セレン酸カ
ドミウム又は硫酸カドミウムを用いることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein cadmium alone, cadmium acetate, cadmium nitrate, cadmium chloride, cadmium perchlorate, cadmium selenate, or cadmium sulfate is used as a source of the Cd element in the acidic solution. The method described in.
【請求項5】 前記酸性溶液中のS元素の給源として、
イオウ単体、チオシアン酸アンモニウム、チオ尿素、硫
酸、硫酸アンモニウム又は硫酸カドミウムを用いること
を特徴とする、請求項1に記載の方法。
5. A source of the S element in the acidic solution,
2. The method according to claim 1, wherein sulfur alone, ammonium thiocyanate, thiourea, sulfuric acid, ammonium sulfate or cadmium sulfate are used.
【請求項6】 前記酸性溶液中のSe元素の給源とし
て、セレン単体、セレン酸、亜セレン酸、セレン酸アン
モニウム、セレノ尿素又はセレン酸カドミウムを用いる
請求項1に記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein selenium alone, selenic acid, selenite, ammonium selenate, selenourea or cadmium selenate is used as a source of Se element in the acidic solution.
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