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ITOとしての半導体の利用性が高いインジウムの元素

2019年10月09日
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インジウムは原子番号49の元素であり、「In」と表記します。

周期表では第5周期の第13族のルビジウム、イットリウムの行で、右から6番目の第13族であるホウ素の列に位置しています。

単体では銀白色のやわらかい正方晶系の金属で、融点が154.6℃と低く溶けやすいです。


Wikipedia参照

 

一番外のO核に3つの電子が余っており、+3価のイオンとなりやすいです。

◎インジウムの歴史

1863年にドイツの科学者であるF.ライヒとリヒターによって、閃亜鉱石から発見されました。

鉱石中の金属成分の発光スペクトルに、濃い藍色(Indigo)が確認され、その色から命名されました。

インジゴは古代ギリシャの時代から、青色染料をインドから輸入しており、「インド原産のモノ」と言う意味があります。

また、インドには信教の拠点である大河インダス川が流れており、その川が流れている大地としてインドと呼ばれるようになりました。

◎インジウムの用途

インジウムは酸化インジウムIn2O3やがあり、リン化インジウムInPなどがあります。

この酸化インジウムに酸化スズSnO2が10%少量の混合物が、酸化インジウムスズと言い、Indium Tin Oxide(ITO)と呼ばれています。

ITOは半導体としての導電性を示し、可視光領域の透過率が高いため、薄膜ではほぼ無色透明で透明電極としての用途があります。

この半導体の電子が存在できる場所として、荷電子帯と伝導帯があります。

この2つのエネルギー差を「バンドギャップエネルギー」と言います。

可視光の短波長である紫色の講師エネルギーは3.3eVであります。

ITOのバンドギャップは、およそ3.75 eVであるため、可視光領域より大きいので、吸収、反射、散乱しないから透明になるのです。

この透明の性質から、見た目を邪魔しない透明電極として、テレビ、パソコン、携帯電話などの平面ディスプレーや太陽電池などに使用されています。

また、ケイ素(Si)の化合物に、少量のインジウムを加えることでp型半導体となります。

Siは価電子が4つで単体の結晶中では電子を共有して安定であり、電気伝導度が低くなっています。

そこで、3価のInを加えることで、電子が1個不足する正孔ができます。この成功に電子が移動することで、導電性が生まれます

◎インジウムの生産性

インジウムはレアメタルの1つで、パソコンや携帯電話などから回収され再利用される、効果で貴重な物質です。

かつては日本の北海道札幌市の豊羽鉱山で世界最大の生産量を誇っていましたが、高コストや資源枯渇の影響で発掘は止まっています。

現在は中国や韓国が主な産出国で、主に日本やアメリカ、中国、韓国などの国が消費しています。

現在は高価で希少あることや、県境問題や人体影響も懸念されてきたため、代替材料の研究が進められています。

銀ナノワイヤーやGa/Al添加ZnO2に加えて、亜鉛スズ酸化物(ZTO)やポリアニリンといった導電性高分子も検討されています。

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