산화 인듐(III)
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1. 개요
산화 인듐(III)은 In₂O₃ 화학식을 갖는 무기 화합물이다. 결정 구조는 입방정 및 능면체 상으로 존재하며, 약 3 eV의 띠 간격을 갖는다. 크롬을 도핑한 박막은 고온 강자성을 나타내며, 아연을 도핑한 박막은 초전도성을 띤다. 수산화 인듐(III) 등을 가열하여 제조하며, 스퍼터 증착, 레이저 어블레이션, 졸-겔 공정 등을 통해 박막, 나노와이어 형태로 합성할 수 있다. 반도체 재료로 사용되며, 일부 배터리, 박막 적외선 반사경, 광학 코팅, 대전 방지 코팅 등에 활용된다. 이산화 주석과 결합하여 투명 전도성 코팅에 사용되는 산화 인듐 주석(ITO)을 형성한다. 한국에서는 디스플레이 및 태양 전지 분야에서 산화 인듐 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
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산화 인듐(III) - [화학 물질]에 관한 문서 | |
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기본 정보 | |
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다른 이름 | 삼산화 인듐 삼산화 이인듐 인듐 삼산화물 인듐 세스퀴옥사이드 |
화학식 | In₂O₃ |
몰 질량 | 277.64 g/mol |
외형 | 냄새가 없는 황록색 결정 |
밀도 | 7.179 g/cm³ |
용해도 | 불용성 |
밴드 갭 | ~3 eV (300 K) |
녹는점 | 1910 °C |
자기 감수율 | −56.0·10⁻⁶ cm³/mol |
식별자 | |
CAS 등록번호 | '1312-43-2' |
ChemSpider ID | '133007' |
EC 번호 | '215-193-9' |
PubChem CID | '150905' |
UNII | 4OO9KME22D |
InChI | 1/2In.3O/q2*+3;3*-2 |
InChIKey | PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYAL |
표준 InChI | 1S/2In.3O/q2*+3;3*-2 |
표준 InChIKey | PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N |
SMILES | '[O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3]' |
결정 구조 | |
결정계 | 입방정계 (Bixbyite) |
공간군 | Ia3, No. 206 |
페어슨 기호 | cI80 |
격자 상수 | a = 1.0117(1) nm |
단위 세포당 분자 수 | 16 |
위험성 | |
GHS 신호어 | 위험 |
GHS 그림 문자 | '[[파일:GHS07.svg|30px]] [[파일:GHS08.svg|30px]]' |
H 문구 | '피부 자극을 일으킴 눈에 심한 자극을 일으킴 호흡기 자극을 일으킬 수 있음' |
P 문구 | '분진/흄/가스/미스트/증기/스프레이를 흡입하지 마시오. 분진/흄/가스/미스트/증기/스프레이의 흡입을 피하시오. 취급 후에는 철저히 씻으시오. 본 제품을 사용할 때에는 먹거나, 마시거나 흡연하지 마시오. 환기가 잘 되는 곳에서만 취급하시오. 보호 장갑/보호 의류/보안경/안면 보호구를 착용하시오. 피부에 묻으면: 다량의 물로 씻으시오. 흡입하면: 공기가 신선한 곳으로 옮기고 호흡하기 편하게 하시오. 눈에 들어가면: 물로 여러 번 헹구시오. 콘택트 렌즈를 착용하고 있다면, 쉽게 제거할 수 있다면 제거하시오. 계속 헹구시오. 몸에 불편함을 느끼면 의료기관(의사)의 진찰을 받으시오. 몸이 불편하면 의학적인 조언/진찰을 받으시오. 특정 치료법 (자세한 내용은 이 라벨을 참조하시오). 피부 자극이 나타나면: 의학적인 조언/진찰을 받으시오. 눈 자극이 지속되면: 의학적인 조언/진찰을 받으시오. 오염된 의류는 벗고 다시 사용하기 전에 세탁하시오. 환기가 잘 되는 곳에 보관하시오. 용기를 단단히 밀폐하시오. 잠금장치가 되어 있는 곳에 보관하시오. 내용물/용기는 관련 규정에 따라 폐기하시오.' |
NFPA 704 | 건강: 1 화재: 0 반응성: 0 |
2. 물리적 성질
산화 인듐(III)은 노란색을 띠는 고체이다.
2. 1. 결정 구조
비정질 산화 인듐은 물에는 녹지 않지만 산에는 녹으며, 결정질 산화 인듐은 물과 산 모두에 녹지 않는다.[1] 결정질 형태는 입방정(바이즈비 광물형)[1]과 능면체(강옥형)의 두 가지 상으로 존재한다. 두 상 모두 약 3 eV의 띠 간격을 갖는다.[3][4]능면체 상은 고온 및 고압 또는 비평형 성장 방법을 사용할 때 생성된다.[5] 공간군은 Rc No. 167, 피어슨 기호는 hR30, a = 0.5487 nm, b = 0.5487 nm, c = 1.4510 nm, Z = 6이며, 계산된 밀도는 7.31 g/cm3이다.[6]
2. 2. 전도성 및 자성
크롬을 도핑한 산화 인듐(In2−xCrxO3) 박막은 고온 강자성을 나타내는 자성 반도체이며, 단일 상 결정 구조와 높은 전하 운반자 농도를 가진 반도체 거동을 보인다.[7][24] 이는 스핀트로닉스에서 스핀 주입을 위한 재료로 적용될 수 있다.[7]아연을 도핑한 산화 인듐의 얇은 다결정 박막은 전도성이 매우 높고(전도율 ~105 S/m) 심지어 액체 헬륨 온도에서 초전도성을 띤다.[8] 초전도 전이 온도 Tc는 도핑과 박막 구조에 따라 달라지며 3.3 K 이하이다.[8][25]
3. 합성
대량의 산화 인듐(III)은 수산화 인듐(III), 질산 인듐(III), 탄산 인듐(III) 또는 황산 인듐(III)을 가열하여 제조할 수 있다.[9][26]
산화 인듐(III) 박막은 아르곤/산소 분위기에서 인듐 표적을 스퍼터 증착하여 제조할 수 있다. 이는 반도체에서 확산 방지 ("배리어 메탈")로 사용될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄과 실리콘 사이의 확산을 억제하는 데 사용될 수 있다.[10][27]
단결정 나노와이어는 레이저를 이용한 어블레이션을 통해 산화 인듐(III)으로부터 합성할 수 있으며, 직경은 최소 10 nm까지 제어할 수 있다. 이것들로 전계 효과 트랜지스터(FET)가 제작되었다.[11][28] 산화 인듐(III) 나노와이어는 민감하고 특정한 산화 환원 단백질 센서 역할을 할 수 있다.[12][29] 졸-겔법은 나노와이어를 준비하는 또 다른 방법이다.
산화 인듐(III)은 반도체 재료로 작용하여 p형 반도체인 InP, n형 반도체인 GaAs, n형 Si 및 기타 재료와 이종 접합을 형성할 수 있다. 실리콘 기판에 산화 인듐(III) 층은 삼염화 인듐 용액에서 증착할 수 있으며, 이는 태양 전지 제조에 유용한 방법이다.[13][30]
4. 반응
700 °C로 가열하면 산화 인듐(I)(In2O, 아산화 인듐이라고도 함)을 형성하고, 2000 °C에서 분해된다.[9] 산에는 녹지만 알칼리에는 녹지 않는다.[9]
고온에서 암모니아와 반응하면 질화 인듐이 생성된다.[14]
: In2O3 + 2 NH3 → 2 InN + 3 H2O
K2O와 인듐 금속을 사용하면 사면체 InO45− 이온을 포함하는 화합물 K5InO4가 제조되었다.[15]
다양한 금속 삼산화물과 반응하여 페로브스카이트를 생성한다.[16] 예를 들어:
:In2O3 + Cr2O3 → 2InCrO3
5. 응용
산화 인듐(III)은 일부 유형의 배터리, 박막 적외선 반사경(가시광선 투과, 핫 미러), 일부 광학 코팅 및 일부 대전 방지 코팅에 사용된다. 이산화 주석(또는 산화 주석(IV))과 결합하여 산화 인듐 주석(ITO)을 형성하며, 이는 투명 전도성 코팅에 사용되는 재료이다.
반도체에서 산화 인듐은 저항 소자로 사용되는 n형 반도체로 집적 회로에 사용될 수 있다.[17][34]
조직학에서 산화 인듐은 일부 염색 제형의 일부로 사용된다.
6. 한국에서의 연구 및 개발 동향
산화 인듐은 박막 적외선 반사경(가시광선 투과, 핫 미러), 일부 광학 코팅 및 일부 대전 방지 코팅에 사용된다. 이산화 주석과 결합한 산화 인듐은 산화 인듐 주석(주석 도핑 산화 인듐 또는 ITO)을 형성하며, 이는 투명 전도성 코팅에 사용되는 재료이다.[17]
참조
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