JP2003292319A

JP2003292319A - シリコンポリマーの製造方法

Info

Publication number: JP2003292319A
Application number: JP2003036179A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kimura; 仁史木村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素原子を中心とする有機化学材料及びシリコ
ン結晶材料のそれぞれの長所を合わせ持ち、新しい物性
を有する新規のシリコンポリマーの製造方法を提供す
る。【解決手段】珪素原子から成る主骨格に、ボロン、アル
ミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素及び
アンチモンから成る群から選ばれた原子から成る不純物
原子が導入されたシリコンポリマーの製造方法であっ
て、Ｈ₂ＳｉＣｌ₂とＨ₂ＸＣｌ₂（但し、Ｘは、ボロン原
子、アルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原
子、窒素原子、燐原子、砒素原子、アンチモン原子のい
ずれか）とをテトラヒドロフラン中でＬｉ又はＮａの存
在下、加熱還流する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規のシリコンポ
リマーの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現代の有機化学産業においては、有機材
料は、主に炭素原子を中心とした材料から構成されてい
る。一方、半導体産業は、材料の安定性と物性の多様性
から珪素原子を基本に成り立っている。そして、近い将
来、炭素原子を中心とした有機化学産業の相当の領域
が、珪素原子を中心とする珪素化学産業に移行していく
ものと考えられている。

【０００３】

【非特許文献１】Fujino, et al, J. Polymer Science,
vol 26 (1988), pp 109

【非特許文献２】株式会社サイエンスフォーラム発行、
「有機ケイ素戦略資料−第１集」、第４８０〜４８１頁

【非特許文献３】S. Furukawa, Solid State Commun.,
62 (1987), pp 539

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現代の炭素原子を中心
とする有機化学材料は、（イ）共有結合を有する場合、バンドギャップが広く、
半導体になり難い（ロ）結合が比較的弱いため、柔らかく、強度が低い（ハ）熱に弱い（ニ）原料の多くを石油に依存しており、石油が枯渇す
ると原料の調達が難しくなるといった問題を有している。

【０００５】また、従来の半導体材料において広く用い
られているシリコン結晶は、（Ａ）良質な単結晶を作ることができる（Ｂ）酸化物、窒化物は良質な絶縁体を形成する（Ｃ）ＬＳＩ等の製造工程は相当熟成している（Ｄ）原料がほぼ無限にあるという特徴を有するが、一方、（ａ）半導体デバイスの微細化が限界に近づきつつある（ｂ）シリコン結晶を用いているため、柔らかい構造を
形成することができない（ｃ）バンドギャップが１．１ｅＶに固定されており、
多様な物性を付与することが困難である（ｄ）シリコン結晶は、そのエネルギーバンド構造が間
接遷移型であり、発光しない（ｅ）半導体デバイスにおいては、金属を配線に用いる
ため、製造工程が複雑であり、また、極微細な構造を形
成することが困難であるといった問題を有している。

【０００６】主骨格が一次元構造を有するシリコンポリ
マーは、例えば、文献 Fujino, etal, J. Polymer Scie
nce, vol 26 (1988), pp 109 から公知である。この文
献に記載されたシリコンポリマーは、以下の反応により
合成される。［化１］

【０００７】また、株式会社サイエンスフォーラム発
行、「有機ケイ素戦略資料−第１集」、第４８０〜４８
１頁には、以下の反応によって主骨格が一次元構造を有
するシリコンポリマーを合成できることが記載されてい
る。［化２］［化３］

【０００８】これらの方法で得られたシリコンポリマー
は絶縁体である。フィルム状のシリコンポリマーを五フ
ッ化砒素あるいは五フッ化アンチモンでドーピングする
と半導体レベルの電気伝導性を示すとの報告が、上記
「有機ケイ素戦略資料−第１集」、第４８１頁に述べら
れている。このように電気伝導性が発現する理由は、珪
素−珪素結合を形成しているσ電子がドーパントである
五フッ化砒素あるいは五フッ化アンチモンに移動するこ
とにより、珪素鎖にエレクトロンホールが生じ、このエ
レクトロンホールが珪素鎖を通して移動するためである
と考えられる。これらの方法で得られたシリコンポリマ
ーの主骨格には不純物原子が導入されておらず、あるい
は又、五フッ化砒素あるいは五フッ化アンチモンはドー
パントとしてシリコンポリマーの主骨格に導入されてい
ない。

【０００９】シリコンポリマーへのドーピング方法が、
例えば、文献 S. Furukawa, SolidState Commun., 62
(1987), pp 539 から知られている。この方法では、プ
ラズマＣＶＤ法を用いてシリコン基板上にポリシランア
ロイ（シリコンポリマー）を以下の条件で堆積させる。
生成物は、ＩＲの測定結果等からポリシランアロイ（Ｓ
ｉ：Ｈ）であろうと推定されている。この方法を用いれ
ば、ポリシランアロイ（Ｓｉ：Ｈ）をシリコン基板上に
形成することができ、また、ｐ型やｎ型のドーピングも
可能であると報告されている。

【００１０】使用ガス：ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）ＲＦパワー：〜０．２Ｗ全ガス圧：〜０．２Torr 全ガス流速：〜１００sccm 使用基板：単結晶シリコン基板基板温度：〜３００゜Ｋ（室温）

【００１１】しかしながら、この文献によるポリシラン
アロイへのドーピング方法は、原子配列に秩序のないア
ロイへの不純物のドーピングに関するものであり、本発
明の目指す、原子配列及び高分子の方向性に秩序を有す
るシリコンポリマーとは本質的に異なるものである。

【００１２】従って、本発明の目的は、炭素原子を中心
とする有機化学材料及びシリコン結晶材料のそれぞれの
長所を合わせ持ち、新しい物性を有する新規のシリコン
ポリマーの製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係るシリコンポリマーの製造
方法は、珪素原子から成る主骨格に、ボロン、アルミニ
ウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素及びアン
チモンから成る群から選ばれた原子から成る不純物原子
が導入されたシリコンポリマーの製造方法であって、Ｈ
₂ＳｉＣｌ₂とＨ₂ＸＣｌ₂（但し、Ｘは、ボロン原子、ア
ルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原子、窒素
原子、燐原子、砒素原子、アンチモン原子のいずれか）
とをテトラヒドロフラン中でＬｉ又はＮａの存在下、加
熱還流することを特徴とする。

【００１４】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係るシリコンポリマーの製造方法は、珪素原子
から成る主骨格に、ボロン、アルミニウム、ガリウム、
インジウム、窒素、燐、砒素及びアンチモンから成る群
から選ばれた原子から成る不純物原子が導入されたシリ
コンポリマーの製造方法であって、Ｒ₁Ｒ₂ＸＣｌ₂とＲ₃
Ｒ₄ＳｉＣｌ₂（但し、Ｘは、ボロン原子、アルミニウム
原子、ガリウム原子、インジウム原子、窒素原子、燐原
子、砒素原子、アンチモン原子のいずれかであり、
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、水素原子、アルキル基、アリー
ル基のいずれか）とをテトラヒドロフラン中でＬｉ又は
Ｎａの存在下、加熱還流することを特徴とする。

【００１５】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係るシリコンポリマーの製造方法は、珪素原子
から成る主骨格に、ボロン、アルミニウム、ガリウム、
インジウム、窒素、燐、砒素及びアンチモンから成る群
から選ばれた原子から成る不純物原子が導入されたシリ
コンポリマーの製造方法であって、ＣａＳｉ₂結晶と、
ＣａＸ₂結晶（但し、Ｘは、ボロン原子、アルミニウム
原子、ガリウム原子、インジウム原子、窒素原子、燐原
子、砒素原子、アンチモン原子のいずれか）とを、塩酸
中に放置することを特徴とする。

【００１６】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーは、珪素原子から成る主
骨格に不純物原子が導入されていることを特徴とする。
ここで、シリコンポリマーとは、炭素系有機高分子にお
ける炭素を珪素原子に置き換えたものである。

【００１７】不純物原子は、ボロン、アルミニウム、ガ
リウム、インジウム、窒素、燐、砒素、アンチモンから
成る群から選ばれた１種又は２種以上の原子であること
が望ましい。主骨格の珪素原子はＩＶ族に属すため、Ｉ
ＩＩ族原子あるいはＶ族原子の不純物を主骨格に導入す
ると、不純物原子の準位がバンドギャップ中の比較的浅
い位置に現れ、ドナー・アクセプターレベルとして作用
する。

【００１８】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーの好ましい態様において
は、シリコンポリマーは、水素原子、アルキル基、アリ
ール基、又はこれらの組み合わせから成る側鎖基を有す
る。

【００１９】主骨格は、一次元構造（鎖状、線状）、二
次元構造（面状）あるいは三次元構造（立体構造）とい
った構造を有する。尚、ここで、本発明のシリコンポリ
マーの製造方法によって得られる三次元構造を有するシ
リコンポリマーには、通常のダイアモンド構造を有する
シリコン単結晶を含まない。

【００２０】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーの好ましい態様において
は、シリコンポリマーは、主骨格の構造及び／又はサイ
ズを制御することによって、バンドギャップが制御され
ることを特徴とする。また、本発明のシリコンポリマー
の製造方法によって得られるシリコンポリマーの好まし
い態様においては、シリコンポリマーの電気伝導度は、
不純物原子間の距離を制御することによって制御され
る。不純物原子間の平均距離を２２オングストローム以
上とすることにより、半導体としての性質を有し得る。
あるいは又、不純物原子間の平均距離を２２オングスト
ローム未満とすることにより、導体としての性質を有し
得る。

【００２１】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーの好ましい態様において
は、シリコンポリマーは、固体材料内又は固体表面上に
形成され、あるいは、液体中、真空中又は気体中に存在
する。

【００２２】主骨格に不純物原子が導入されているか否
かについては、ＮＭＲスペクトル、ＥＳＲスペクトル、
可視・紫外吸収スペクトル、赤外吸収スペクトル、電気
伝導度、発光スペクトル、元素分析等、各種の測定法に
より分析することができる。主骨格に導入された不純物
原子の種類は、質量分析法、蛍光エックス線分析法、原
子吸光分析法等、各種の分析法で特定することができ
る。主骨格の有する側鎖基の種類は、質量分析法、元素
分析法、ＮＭＲ、可視・紫外吸収スペクトル等の、各種
分析法で特定することができる。主骨格の構造、不純物
原子間の距離は、質量分析法、元素分析法、ＳＴＭ等の
各種分析法により分析・測定することができる。固体材
料内又は固体表面上に形成され、あるいは、液体中、真
空中又は気体中に存在するシリコンポリマーは、可視・
紫外吸収スペクトル、赤外吸収スペクトル、発光スペク
トル、表面反射スペクトル等、各種の測定法によってそ
の存在の有無を検出することができる。

【００２３】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーにおいては、主骨格に不
純物原子が導入されている。これによって、バンドギャ
ップ中に欠陥準位（レベル）が生じ、この準位はドナー
あるいはアクセプターとなり得るので、シリコンポリマ
ーの電気伝導性を容易に且つ高精度にて制御することが
できる。

【００２４】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーにおいて不純物原子の導
入によって生じた準位は、通常のシリコン結晶に添加さ
れた不純物原子（Ｐ、Ａｓ、Ｂ等）により生じる準位よ
りも深いため、キャリアーの生成に必要なエネルギーが
高く、電気伝導性が生じ難い。しかしながら、導入され
た不純物原子間の距離が短い場合、電子が部分的に占有
されているドナー・アクセプターレベルの電子軌道間に
重なりが生じ（この状態を模式的に図１に示す）、バン
ドが形成されることにより、シリコンポリマーの電気伝
導性が増加する。このように、主骨格へ導入される不純
物原子間の距離を制御することによって、シリコンポリ
マーの電気伝導性を制御することができる。

【００２５】また、シリコンポリマーの構造（一次元構
造、二次元構造、三次元構造）及び／又はサイズと、バ
ンドギャップとの関係を図２に示す。図２からも明かな
ように、シリコンポリマーの構造及び／又はサイズを制
御することによって、バンドギャップを制御することが
できる。

【００２６】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明のシリコンポリ
マーの製造方法を説明する。（実施例−１）実施例−１におけるシリコンポリマー
は、Ｓｉから成る主骨格に不純物原子（Ｘ）が導入され
ており、主骨格は一次元構造を有し、側鎖基は水素原子
である。不純物原子（Ｘ）は、ボロン、アルミニウム、
ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素、アンチモン等
とすることができる。このシリコンポリマーは、次式で
示すように、ジクロロシランＨ₂ＳｉＣｌ₂とＨ₂ＸＣｌ₂
とを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中でＬｉ又はＮａ
の存在下、加熱還流させることで得られる。［化４］

【００２７】ｘの値を０から１の間で変化させることに
より、主骨格に導入される不純物原子の割合を変えるこ
とができる。また、反応時間を調節することによって、
シリコンポリマーのサイズを制御することができる。即
ち、反応時間が長くなる程、シリコンポリマーの長さ
（一次元的なサイズ）が長くなり、これによって、シリ
コンポリマーのバンドギャップを制御することができ、
その結果、シリコンポリマーの電気伝導性を制御するこ
とができる。

【００２８】（実施例−２）実施例−２におけるシリコ
ンポリマーは、Ｓｉから成る主骨格に不純物原子（Ｘ）
が導入されており、主骨格は一次元構造を有し、水素原
子、アルキル基、アリール基、又はこれらの組み合わせ
から成る側鎖基を有する。不純物原子（Ｘ）は、ボロ
ン、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、
砒素、アンチモン等とすることができる。このシリコン
ポリマーは、次式で示すように、Ｒ₁Ｒ₂ＸＣｌ₂とＲ₂Ｒ
₄ＳｉＣｌ₂とを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中でＬ
ｉ又はＮａの存在下、加熱還流させることで得られる。
尚、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄は、水素原子、アルキル基、ア
リール基のいずれかである。［化５］

【００２９】ｙの値を０から１の間で変化させることに
より、主骨格に導入される不純物原子の割合を変えるこ
とができる。また、反応時間を調節することによって、
シリコンポリマーのサイズを制御することができる。即
ち、反応時間が長くなる程、シリコンポリマーの長さが
長くなり、これによって、シリコンポリマーのバンドギ
ャップを制御することができ、その結果、シリコンポリ
マーの電気伝導性を制御することができる。また、側鎖
基が存在することによって、ダングリングボンドを除去
することができる。

【００３０】（実施例−３）実施例−３におけるシリコ
ンポリマーは、Ｓｉから成る主骨格に不純物原子が導入
されており、主骨格は二次元構造を有する。不純物原子
は、ボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒
素、燐、砒素、アンチモン等とすることができる。この
シリコンポリマーは、以下の方法で合成することができ
る。

【００３１】ＣａＳｉ₂結晶と例えばＣａＢ₂とを混合
し、３８％ＨＣｌ溶液中に常温で３時間放置する。その
後、濾過し、Ｐ₂Ｏ₅を添加して真空乾燥すると、明るい
黄色の層状のシロキサンが得られる。ＣａＢ₂を加えて
おくことにより、Ｓｉから成る主骨格にＢが不純物原子
として導入される。尚、ＣａＢ₂の代わりに、ＣａＰ₂、
ＣａＡｓ₂等を加えることもできる。反応時間を調節す
ることによって、シリコンポリマーのサイズを制御する
ことができる。即ち、反応時間が長くなる程、シリコン
ポリマーの面積（二次元的なサイズ）が増大し、これに
よって、シリコンポリマーのバンドギャップを制御する
ことができ、その結果、シリコンポリマーの電気伝導性
を制御することができる。

【００３２】（実施例−４）実施例−４におけるシリコ
ンポリマーは、主骨格に不純物原子が導入されており、
主骨格は三次元構造を有する。不純物原子は、ボロン、
アルミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒
素、アンチモン等とすることができる。このシリコンポ
リマーは、以下の方法で作製することができる。

【００３３】基板としてグラファイト若しくはグラファ
イト構造を有する物質を用意し、この基板上にシリコン
をエピタキシャル成長させる。これによって、グラファ
イト構造を有し、不純物原子が導入されたシリコンポリ
マーを作製することができる。尚、グラファイト若しく
はグラファイト構造の物質の代わりに、例えば、六方窒
化ホウ素ＢＮ型構造を有する基板、例えば六方窒化ホウ
素を用いることもできる。

【００３４】（実施例−５）実施例−５においては、走
査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いて、Ｓｉから成る
主骨格に不純物原子を導入する。即ち、不純物原子から
成る材料から不純物原子を１つずつＳＴＭの探針で抜き
取り、Ｓｉ原子間の所望の位置にかかる不純物原子を挿
入する。

【００３５】その後、シリコンポリマーに水素原子等を
吸着させてダングリングボンドの処理を行い、更に絶縁
膜をその上に堆積させることによって、形成されたＳｉ
−不純物原子の配列を固定する。

【００３６】（実施例−６）図１に示したように、不純
物原子間の距離が短い場合、バンドギャップ中に存在す
る不純物原子の電子軌道同士に重なりが生じ、キャリア
ー（電子あるいはホール）が容易に行き来できるように
なる。従って、不純物原子のエネルギー準位間に重なり
が生じる程度の周期で主骨格に不純物原子を導入すれ
ば、シリコンポリマーの電気伝導性を増加させることが
できる。

【００３７】水素原子から成る側鎖基を有する十分に長
い一次元構造を有するシリコンポリマーに不純物原子と
してボロン（Ｂ）を導入し、ＢＳｉ₃₂Ｈ₆₈を得た。この
場合の電子状態を計算すると、価電子帯上端よりも約１
ｅＶ高い位置（バンドギャップ中）に、Ｂによる３つの
準位が出現する。この３つの準位の内、最もエネルギー
の高い準位がアクセプターレベルとなる（図３参照）。
このアクセプターレベルの波動関数を等高線で表すと、
図４のようになる。波動関数の絶対値が０．０１以上と
なる領域、即ち、近似的には電子の存在確率が０．００
０１ｅ／ａｕ³以上である領域、はＢ原子を中心として
約１１オングストロームの距離まで広がっている（図４
参照）。尚、図４において、実線は正の値を、破線は負
の値を示し、等高線の高さは、±０．０１００，±０．
０２２５，±０．０５５０，±０．１０００である。ま
た、ｘ方向及びｙ方向の長さの単位は、ａｕ（１ａｕ＝
０．５２９１７７０６オングストローム）である。

【００３８】十分に長いシリコン鎖に２つ以上のＢ原子
を導入して、これらのＢ原子間の距離を上述の１１オン
グストロームの２倍未満、即ち２２オングストローム未
満とすれば、アクセプター準位間に重なりが生じ、価電
子帯にホールを供給できなくても、電気伝導性が生じ
る。従って、Ｂ原子を周期的に導入し、それらの間隔を
２２オングストローム未満とすれば、シリコンポリマー
に導体的性質を付与することができる。Ｂ原子間の距離
が短くなる程、アクセプター準位間の重なりが増加し、
シリコンポリマーの電気伝導性は増加する。また、Ｂ原
子間の距離を２２オングストローム以上とすれば、シリ
コンポリマーに半導体的性質を付与することができる。
このように、導入する不純物原子間の距離を制御するこ
とにより電気伝導性を制御することができる。

【００３９】（実施例−７）実施例−１におけるｘの
値、あるいは実施例−２におけるｙの値を、０から１の
間で変化させることにより、主骨格に導入される不純物
原子の割合を変えることができ、これによって、不純物
原子間の距離を制御することができる。即ち、一次元構
造を有するシリコンポリマーの形状は、図５に模式的に
示すような構造となっており、主骨格となるＳｉ原子間
の軸方向の距離Ｄは、主骨格原子の結合角及び結合距離
がシリコン結晶のそれらと同じ値であるとすれば、約
１．９２オングストロームとなる。従って、不純物原子
間の距離を２２オングストローム程度とするためには、
２２÷１．９２＝１１．４６であるから、Ｓｉ原子１
１個に対して１個の不純物原子が存在すればよい。以上
の結果から、ｘ≧１／１１又はｙ≧１／１１とすれ
ば、シリコンポリマーに導体としての性質を付与し得
る。また、ｘ＜１／１１又はｙ＜１／１１とすれ
ば、シリコンポリマーに半導体としての性質を付与し得
る。

【００４０】（実施例−８）実施例−８は、本発明によ
るシリコンポリマーが固体材料内に形成されている例で
ある。固体材料として、例えばシリコン酸化物等の絶縁
体や、シリコンポリマーよりもワイドギャップの半導体
結晶、液晶や高分子薄膜等を例示することができる。シ
リコンポリマーの主骨格は、一次元構造（鎖状）、二次
元構造（面状）あるいは三次元構造（立体構造）を有す
る。本発明によるシリコンポリマーが固体材料内に形成
されている例として、ＩＣ、ＬＳＩの内部（表面に露出
していない）配線、あるいは量子効果素子を例示するこ
とができる。

【００４１】（実施例−９）実施例−９は、本発明によ
るシリコンポリマーが固体材料表面上に形成されている
例である。固体材料として、例えばシリコン酸化物等の
絶縁体や、シリコンポリマーよりもワイドギャップの半
導体結晶、液晶や高分子薄膜等を例示することができ
る。シリコンポリマーの主骨格は、一次元構造（鎖
状）、二次元構造（面状）あるいは三次元構造（立体構
造）を有する。本発明によるシリコンポリマーが固体材
料表面上に形成されている例として、ＩＣ、ＬＳＩの配
線、あるいは量子効果素子を例示することができる。

【００４２】（実施例−１０）実施例−１０は、本発明
によるシリコンポリマーが液体中に存在する例である。
これによって、光励起により発光する液体を作製するこ
とができる。液体としては、ヘキサン類、ペンタン類、
オクタン類、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロルメタ
ン、ジクロルエタン等の無極性溶媒等を例示することが
できる。光励起により発光する液体を作製する場合、液
体は光透過性の良いものを用いることが好ましい。

【００４３】（実施例−１１）実施例−１０は、本発明
によるシリコンポリマーが真空中あるいは気体中に存在
する例である。気体としては、Ｎ₂、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等を例示することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明のシリコンポリマーの製造方法に
よって得られるシリコンポリマーにおいては、不純物原
子の導入を調整することで、電気伝導性を制御すること
ができる。また、シリコンポリマーの構造及び／又はサ
イズを変えることで、バンドギャップを制御することが
できる。更には、シリコンポリマーを取り込んだ構造の
各種材料や装置、素子を作製することができ、目的に応
じた特性を有する材料を、例えば半導体素子用材料や機
械的に安定した材料として提供することができる。

【００４５】本発明のシリコンポリマーの製造方法によ
って得られるシリコンポリマーは以下の特徴を有する。珪素原子は、炭素原子と比較して結合力が強い。半導体的性質、導体的性質を有する高分子を作るこ
とができる。エネルギーバンド構造が直接遷移型となり、発光し
得る。シリコン結晶と比較してバンドギャップが広く、ま
た、炭素原子を用いた有機材料と比較して結合力が強い
ので、耐熱性、不燃性、強度等の点で優れる。形状やサイズを制御することにより、バンドギャッ
プを制御することができる。

【００４６】このような特徴を生かすことによって、以
下に述べる素子や材料に応用することができる。（１）任意のバンドギャップを有する半導体材料（２）超超微細半導体デバイス及びその材料（３）超超微細半導体デバイスの配線材料（４）量子細線、量子ドット、量子箱等の量子効果素
子及びその材料（５）発光素子、受光素子及びその材料（６）金属に匹敵する耐熱性、耐酸化性、耐食性を有
する材料（７）電気伝導性を有するエンジニアリングプラスチ
ック（８）現在の半導体素子と比べて柔らかい構造を有す
る半導体素子及びそのの材料（９）その他、半導体超格子、感光材料、超高密度電
流送電材料、人工臓器、生体適合材料、建築材料、航空
・宇宙材料、超ＬＳＩ微細加工用材料、光スイッチ、非
線形光学材料への適用

【図面の簡単な説明】

【図１】ドナー・アクセプターレベルの軌道間に重なり
を模式的に示す図である。

【図２】シリコンポリマーの構造、サイズとバンドギャ
ップの関係を示す図である。

【図３】シリコンポリマーに不純物原子としてボロンを
導入したときのエネルギー準位を示す図である。

【図４】アクセプターレベルの波動関数を等高線で表し
た図である。

【図５】一次元構造を有するシリコンポリマーの形状を
模式的に示す図である。

フロントページの続きＦターム(参考） 4G072 AA35 AA38 HH02 HH03 HH28 JJ07 JJ09 JJ34 KK01 KK11 LL07 LL15 MM01 RR12 4J246 AA05 AB01 BA40X BA400 BB40X BB400 BB46X BB460 CA01X CA010 CA23X CA230 CA27X CA270 CA39X CA390 FA161 FA441 FC011 GC54 GC55 HA11 HA66 HA67

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪素原子から成る主骨格に、ボロン、アル
ミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素及び
アンチモンから成る群から選ばれた原子から成る不純物
原子が導入されたシリコンポリマーの製造方法であっ
て、Ｈ₂ＳｉＣｌ₂とＨ₂ＸＣｌ₂（但し、Ｘは、ボロン原子、
アルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原子、窒
素原子、燐原子、砒素原子、アンチモン原子のいずれ
か）とをテトラヒドロフラン中でＬｉ又はＮａの存在
下、加熱還流することを特徴とするシリコンポリマーの
製造方法。
【請求項２】珪素原子から成る主骨格に、ボロン、アル
ミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素及び
アンチモンから成る群から選ばれた原子から成る不純物
原子が導入されたシリコンポリマーの製造方法であっ
て、Ｒ₁Ｒ₂ＸＣｌ₂とＲ₃Ｒ₄ＳｉＣｌ₂（但し、Ｘは、ボロン
原子、アルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原
子、窒素原子、燐原子、砒素原子、アンチモン原子のい
ずれかであり、Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、水素原子、アル
キル基、アリール基のいずれか）とをテトラヒドロフラ
ン中でＬｉ又はＮａの存在下、加熱還流することを特徴
とするシリコンポリマーの製造方法。
【請求項３】珪素原子から成る主骨格に、ボロン、アル
ミニウム、ガリウム、インジウム、窒素、燐、砒素及び
アンチモンから成る群から選ばれた原子から成る不純物
原子が導入されたシリコンポリマーの製造方法であっ
て、ＣａＳｉ₂結晶と、ＣａＸ₂結晶（但し、Ｘは、ボロン原
子、アルミニウム原子、ガリウム原子、インジウム原
子、窒素原子、燐原子、砒素原子、アンチモン原子のい
ずれか）とを、塩酸中に放置することを特徴とするシリ
コンポリマーの製造方法。