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酸化インジウム(III)

酸化インジウム(III)（さんかインジウム さん、英: indium(III) oxide）は化学式In2O3で表されるインジウムの酸化物で、両性酸化物である。

酸化インジウム(III)
別称
三酸化インジウム、三酸化二インジウム
識別情報
CAS登録番号 1312-43-2 チェック
PubChem 150905
ChemSpider 133007 チェック
特性
化学式 In2O3
モル質量 277.64 g/mol
外観 黄みがかった緑色の無臭の結晶性固体
密度 7.179 g/cm3
融点

1910 °C, 2183 K, 3470 °F

水への溶解度 不溶
バンドギャップ ~3 eV (300 K)
構造
結晶構造 立方晶、空間群 Ia3 No. 206, cI80, a = 1.0117(1) nm, Z = 16[1]

三方晶、空間群 R3c No. 167, hR30, a = 0.5487 nm, b = 0.5487 nm, c = 0.57818 nm, Z = 6

密度（計算値）7.31 g/cm3[2]

危険性
EU分類 記載なし
NFPA 704
0
1
0
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

物性

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結晶構造

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非晶質の酸化インジウム(III)は、水には不溶だが、酸には溶解する。結晶は、水にも酸にも溶解しない[3]。

結晶には立方晶（ビクスビ鉱(en:bixbyite)型）[1]と三方晶（コランダム型）[2]、二つの相があり、それぞれおよそ3 eVのバンドギャップをもつ[4][5]。

格子定数等は右の物性欄に示す。

三方晶は高温高圧条件か、非平衡的な成長法を用いてつくられる[6]。

導電性と磁性

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クロムをドープした酸化インジウム(III)の薄膜(In2-xCrxO3)は、高温で強磁性を示し、単一の結晶相を持ち、高密度のキャリアを持つ磁性半導体である。スピントロニクスにおけるスピン注入素子としての応用が期待されている[7]。

亜鉛をドープした酸化インジウム(III)の多結晶の薄膜は、高い導電性(~105 S/m)を持ち、液体ヘリウムの低温で超伝導性を示す。

超伝導転移温度Tcは、ドーピングと薄膜の構造に依存し、3.3 K以下である[8]。

合成

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バルク試料は、水酸化インジウム(III)、硝酸インジウム(III)、炭酸インジウム(III)、または硫酸インジウム(III)を加熱して作られる[9] 。

アルゴン/酸素雰囲気下でインジウム標的にスパッタリングを施すと酸化インジウム(III)の薄膜が得られる。半導体における拡散障壁（障壁金属）として用いることができる（例： アルミニウムとケイ素の間の拡散を防ぐ）[10]。

レーザーを用いたアブレーションによって単結晶ナノワイヤー(en:Nanowire)とすることができ、直径は最小で10 nmまで制御でき、電界効果トランジスタ(FET)の材料となる[11]。単結晶ナノワイヤーは、酸化還元タンパク質の鋭敏で選択的なセンサーとして働く[12]。ナノワイヤーを得るその他の方法として、ゾルゲル法がある。

酸化インジウム(III)は半導体材料として用いられ、p-InP, n-GaAs, n-Siその他の素材とヘテロ接合を構成する。

太陽電池の製造に有用な方法として、熱したシリコン基板に塩化インジウム(III)水溶液をスプレーすることで、酸化インジウム(III)層を作製できる[13]。

反応

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700 ℃まで熱するとIn2O（酸化インジウム(I)、亜酸化インジウム）に変化し、2000 ℃まで熱すると分解する[9]。酸には溶解するが、アルカリには溶解しない[9]。高温でアンモニアを作用させると窒化インジウム(III)を生じる[14]。

 

K2Oと金属インジウムを作用させると正四面体型のInO45−イオンを持つK5InO4を生じる[15]。

種々の金属の酸化物M2O3とペロブスカイト構造を構成する[16]。

例： 

応用

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酸化インジウム(III)はある種のバッテリー、可視光を通す赤外線反射薄膜（ホットミラー）、光学薄膜、帯電防止剤に用いられる。

酸化スズ(IV)と組み合わせて、透明導電体の酸化インジウムスズ(ITO)として用いられる。

半導体においては、n型半導体として、集積回路の抵抗素子に用いられる[17]。

組織学においては、染色に用いられる。

関連項目

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参考文献

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  1. ^ a b Marezio, M. (1966). “Refinement of the crystal structure of In2O3 at two wavelengths”. Acta Crystallographica 20 (6): 723–728. doi:10.1107/S0365110X66001749. ISSN 0365-110X. 
  2. ^ a b Prewitt, Charles T.; Shannon, Robert D.; Rogers, Donald Burl; Sleight, Arthur W. (1969). “C rare earth oxide-corundum transition and crystal chemistry of oxides having the corundum structure”. Inorganic Chemistry 8 (9): 1985–1993. doi:10.1021/ic50079a033. 
  3. ^ Indium Oxide
  4. ^ Walsh, A et al. (2008). “Nature of the Band Gap of In2O3 Revealed by First-Principles Calculations and X-Ray Spectroscopy”. Physical Review Letters 100 (16): 167402. PMID 18518246. 
  5. ^ King, P. D. C.; Fuchs, F. et al. (2009). “Band gap, electronic structure, and surface electron accumulation of cubic and rhombohedral In2O3”. Physical Review B 79 (20). doi:10.1103/PhysRevB.79.205211. 
  6. ^ The Minerals Metals & Materials Society (Tms); The Minerals, Metals & Materials Society (TMS) (6 April 2011). TMS 2011 140th Annual Meeting and Exhibition, General Paper Selections. John Wiley and Sons. pp. 51–. ISBN 978-1-118-06215-9. https://books.google.com/books?id=2WKwuVASXjEC&pg=PA51 23 September 2011閲覧。 
  7. ^ “MIT Material Puts New Spin on Electronics”. 2008年10月29日閲覧。
  8. ^ Makise, Kazumasa; Kokubo, Nobuhito; Takada, Satoshi; Yamaguti, Takashi; Ogura, Syunsuke; Yamada, Kazumasa; Shinozaki, Bunjyu; Yano, Koki et al. (2008). “Superconductivity in transparent zinc-doped In2O3films having low carrier density”. Science and Technology of Advanced Materials 9 (4): 044208. doi:10.1088/1468-6996/9/4/044208. 
  9. ^ a b c Anthony John Downs (1993). Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium. Springer. ISBN 0-7514-0103-X 
  10. ^ Kolawa, E. and Garland, C. and Tran, L. and Nieh, C. W. and Molarius, J. M. and Flick, W. and Nicolet, M.-A. and Wei, J. (1988). “Indium oxide diffusion barriers for Al/Si metallizations”. Applied Physics Letters 53 (26): 2644–2646. doi:10.1063/1.100541. http://authors.library.caltech.edu/2310/. 
  11. ^ Li, C; Zhang, D; Han, S; Liu, X; Tang, T; Lei, B; Liu, Z; Zhou, C (2003). “Synthesis, Electronic Properties, and Applications of Indium Oxide Nanowires”. Annals of the New York Academy of Sciences 1006: 104–21. doi:10.1196/annals.1292.007. PMID 14976013. 
  12. ^ “Applying Indium Oxide Nanowires as Sensitive and Specific Redox Protein Sensors”. Foresight Nanotech Institute. 2008年10月29日閲覧。
  13. ^ “Method for forming indium oxide/n-silicon heterojunction solar cells”. 2008年10月29日閲覧。
  14. ^ Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier ISBN 0123526515
  15. ^ Lulei, M.; Hoppe, R. (1994). “Über "Orthoindate" der Alkalimetalle: Zur Kenntnis von K5[InO4]”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 620 (2): 210–224. doi:10.1002/zaac.19946200205. ISSN 0044-2313. 
  16. ^ Shannon, Robert D. (1967). “Synthesis of some new perovskites containing indium and thallium”. Inorganic Chemistry 6 (8): 1474–1478. doi:10.1021/ic50054a009. ISSN 0020-1669. 
  17. ^ “In2O3 (Indium Oxide)”. CeramicMaterials.info. 2008年6月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年10月29日閲覧。
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