酸化インジウム(III)

酸化[インジウム]：多様な特性と広範な用途

酸化[インジウム] (In₂O₃) は、[インジウム]]の酸化物であり、その両性的な性質から多様な用途を持つ化合物です。水には不溶ですが、酸には溶解するという性質を示します。結晶構造は、立方晶系（ビクスビ鉱型）と三方晶系（コランダム型）の2種類が存在し、いずれも約3 eVのバンドギャップを持ちます。三方晶系の酸化[[インジウム]は、高温高圧条件下または非平衡成長法によって生成されます。

物性と特性

酸化[インジウム]の特筆すべき性質は、その導電性と磁性に関連するものです。[クロム]]をドープした酸化インジウム]薄膜 (In₂₋ₓCrₓO₃) は、高温で[強磁性を示す磁性半導体として注目されています。これはスピントロニクス分野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ためです。一方、亜鉛をドープした酸化インジウム]多結晶薄膜は、高い導電性 (~10⁵ S/m) を示し、液体ヘリウムの低温下では[[超伝導性を示すという驚くべき性質も持ち合わせています。この超伝導転移温度 (Tc) は、ドーピング量や薄膜構造によって変化し、3.3 K以下です。

合成法

酸化[インジウム]バルク試料は、[水]]酸化インジウム]、硝酸[インジウム]、炭酸[インジウム]、または硫酸[インジウム]を加熱することで合成できます。薄膜の作製には、アルゴン/[酸素雰囲気下でのインジウムターゲットへのスパッタリング法が用いられます。この薄膜は、半導体における拡散障壁として、例えばアルミニウムとケイ素の間の拡散を防ぐ用途に用いられます。さらに、レーザーアブレーション法を用いることで、直径10 nm 程度の単結晶ナノワイヤーを作製することも可能です。このナノワイヤーは、電界効果トランジスタ (FET) 材料や、酸化還元タンパク質のセンサーとして活用できます。ゾルゲル法もナノワイヤー合成の有効な手法です。酸化インジウム]は[半導体材料としても重要な役割を果たし、p-InP、n-GaAs、n-Si などとのヘテロ接合を構成します。太陽電池製造においては、熱したシリコン基板に塩化インジウム][[水溶液をスプレーする方法が用いられています。

反応性

酸化[インジウム]は、700 ℃に加熱すると酸化[インジウム] (In₂O) に変化し、2000 ℃ では分解します。酸には溶解しますが、アルカリには溶解しません。高温下でアンモニアを作用させると、窒化[インジウム] (InN) が生成します。この反応は、以下の化学式で表されます。

In₂O₃ + 2NH₃ → 2InN + 3H₂O

また、K₂O と金属インジウムを反応させると、正四面体型の InO₄⁵⁻ イオンを持つ K₅InO₄ が生成されます。さらに、様々な金属酸化物 M₂O₃ とはペロブスカイト構造を形成します。例えば、Cr₂O₃ との反応では InCrO₃ が生成されます。

In₂O₃ + Cr₂O₃ → 2InCrO₃

応用

酸化[インジウム]は、様々な分野で重要な役割を果たしています。例えば、バッテリー材料、可視光透過赤外線反射薄膜（ホットミラー）、光学薄膜、帯電防止剤などとして利用されています。特に、酸化スズ(IV) との組み合わせによる酸化インジウムスズ (ITO) は、透明導電体として広く用いられ、液晶ディスプレイやタッチパネルなどに不可欠な材料となっています。半導体分野では、n型半導体として集積回路の抵抗素子にも用いられ、組織学では染色剤としても利用されています。

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