JPS6251179A - Lamp for infrared concentrated heating furnace - Google Patents

Lamp for infrared concentrated heating furnace

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JPS6251179A
JPS6251179A JP19016985A JP19016985A JPS6251179A JP S6251179 A JPS6251179 A JP S6251179A JP 19016985 A JP19016985 A JP 19016985A JP 19016985 A JP19016985 A JP 19016985A JP S6251179 A JPS6251179 A JP S6251179A
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JP
Japan
Prior art keywords
filament
lamp
heating furnace
focal point
infrared
Prior art date
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Pending
Application number
JP19016985A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩光 梅澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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Publication date
Application filed by FDK Corp filed Critical FDK Corp
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  • Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、赤外線集中加熱法により浮遊帯域溶融単結晶
製造装置に用いる加熱用ランプに関し、更に詳しくは、
炉の焦点上に位置する主フィラメントとそれから外れた
位置に設けられる副フィラメントとを組み合わせて試料
表面の温度分布を調整可能にしたランプに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a heating lamp used in a floating zone melting single crystal production apparatus using an infrared concentrated heating method, and more specifically,
The present invention relates to a lamp in which the temperature distribution on the surface of a sample can be adjusted by combining a main filament located at the focal point of a furnace and a sub-filament located away from the focal point.

[従来の技術] 赤外線集中加熱炉は、回転楕円鏡の一方の焦点の位置に
光源となるハロゲンランプ等を配置するとともに、他方
の焦点を通るように石英透明管を挿通し、該石英透明管
の内部に棒状試料を挿入し、ランプからの赤外線エネル
ギーを棒状試料の一部に集中して局部的に加熱溶融し、
棒状試料をその長手方向に移動して結晶成長させる装置
である。従来技術では、光源として用いられていたラン
プは単一のフィラメントを備えるのみであり、そのフィ
ラメントが回転楕円鏡の一方の焦点上に位置するように
組み込まれる。この種の装置によってフェライト等の単
結晶が製作される。
[Prior Art] In an infrared concentrated heating furnace, a halogen lamp or the like serving as a light source is arranged at one focal point of a spheroidal mirror, and a transparent quartz tube is inserted through the other focal point. A rod-shaped sample is inserted inside the rod-shaped sample, and the infrared energy from the lamp is concentrated on a part of the rod-shaped sample to locally heat and melt it.
This is a device that grows crystals by moving a rod-shaped sample in its longitudinal direction. In the prior art, the lamps used as light sources only have a single filament, which is installed in such a way that it is located on one focus of the spheroidal mirror. Single crystals such as ferrite are produced using this type of apparatus.

赤外線集中加熱炉は、単結晶生成に不可欠の雰囲気制御
を簡単に行うことができるし、加熱が必要な部分に集中
されるのでエネルギー効率が高く装置を小型化でき取り
扱い易い利点を有する。しかし炉内において溶融した試
料が垂れ流れないように固液の形状を安定に保つために
は溶融帯域を狭くする必要があり、赤外線は狭い領域内
に集中されねばならない。つまり溶融帯域の端部近傍お
よびその両側では温度勾配が非常に急峻になる。その結
果、特に成長結晶側の急峻な温度勾配によって、生成し
た単結晶に熱歪や亀裂が生じたり成長縞や格子欠陥等が
多く発生し、結晶の品位の低下が生じ易い。
Infrared concentrated heating furnaces have the advantage of being able to easily control the atmosphere that is essential for producing single crystals, being highly energy efficient, and being easy to handle as the heating is concentrated in the necessary areas. However, in order to keep the solid-liquid shape stable so that the molten sample does not drip inside the furnace, it is necessary to narrow the melting zone, and the infrared rays must be concentrated within a narrow region. In other words, the temperature gradient becomes very steep near the edge of the melting zone and on both sides thereof. As a result, especially due to the steep temperature gradient on the growing crystal side, thermal strain and cracks occur in the produced single crystal, and many growth stripes and lattice defects occur, which tends to cause a decrease in the quality of the crystal.

高品位の結晶を製造するため、一旦結晶成長を行わせた
後、その試料を温度勾配の小さな加熱炉に挿入して熱処
理を行う2バス方式、あるいは1バス方弐の場合には透
明石英管の内部の成長結晶側に補助ヒータを設置して温
度勾配を緩やかに制御するアフターヒータ方式が採用さ
れる。
In order to produce high-quality crystals, a two-bath method is used, in which after crystal growth is performed, the sample is inserted into a heating furnace with a small temperature gradient for heat treatment, or in the case of one-bath method, a transparent quartz tube is used. An after-heater method is adopted in which an auxiliary heater is installed inside the crystal on the growing crystal side to gently control the temperature gradient.

[発明が解決しようとする問題点] しかし前記のような2パス方式では加熱炉に2回通さね
ばならないから単結晶の製造に要する時間が非常に長く
なるしコストアップとなる欠点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the two-pass method as described above, since the single crystal must be passed through the heating furnace twice, the time required to produce the single crystal becomes extremely long and the cost increases.

またアフターヒータによる1バス方式では、白金線を巻
き付けたアルミナ筒体を石英透明管と成長結晶との間に
挿入しなければならないから、透明管の内部が複雑な構
造になり、その断面積を有効に生かすことができない、
その結果、石英透明管が大型化し高価となるか、もしく
は小径の結晶しか生成できない欠点がある。更に成長結
晶に所定の温度勾配をもたらすためのヒータ電流の制御
が難しい。
In addition, in the one-bath method using an afterheater, an alumina cylinder wrapped with platinum wire must be inserted between the transparent quartz tube and the growing crystal, resulting in a complicated internal structure of the transparent tube and a reduction in its cross-sectional area. cannot be used effectively,
As a result, the transparent quartz tube becomes large and expensive, or it has the disadvantage that only small-diameter crystals can be produced. Furthermore, it is difficult to control the heater current to provide a predetermined temperature gradient in the growing crystal.

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、石英透明管等の内部に補助ヒータを設けなくとも極(
簡単に温度勾配を緩く制御し高品位の結晶を製造できる
ような赤外線集中加熱炉用のランプを提供することにあ
る。
The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art as described above, and to eliminate the need for an auxiliary heater inside a transparent quartz tube or the like.
An object of the present invention is to provide a lamp for an infrared concentrated heating furnace that can easily control a temperature gradient to be gentle and produce high-quality crystals.

[問題点を解決するための手段] 上記のような目的を達成できる本発明の構成は、赤外線
集中加熱炉において赤外線を放射するランプとして、回
転楕円鏡の一方の焦点上に位置する主フィラメントと、
該焦点からやや外れて位置する副フィラメントとを備え
、それら複数のフィラメントを組み合わせることによっ
て試料表面の温度分布を調整できるようにしたものであ
る。
[Means for Solving the Problems] The configuration of the present invention capable of achieving the above-mentioned objects is such that, as a lamp that emits infrared rays in an infrared concentrated heating furnace, a main filament and a main filament located on one focal point of a spheroidal mirror are used. ,
It is equipped with a sub-filament located slightly away from the focal point, and by combining a plurality of these filaments, it is possible to adjust the temperature distribution on the sample surface.

主フィラメントは、従来用いられていたランプのフィラ
メントと同様、それ単独で棒状試料の一部を加熱溶融で
きる能力を有するものであり、副フィラメントは主フィ
ラメントよりも放射エネルギーの小さなものである。
The main filament, like the filament of a conventional lamp, has the ability to heat and melt a portion of a rod-shaped sample by itself, and the sub-filament has less radiant energy than the main filament.

副フィラメントの位置によってエネルギーの集中する領
域が異なるから、その位置並びに放射エネルギーは試料
表面に形成したい温度分布を勘案して最適な条件に設定
する。例えば回転楕円鏡に対して試料が上方から挿入さ
れ成長結晶が融帯の下側に位置する場合には、副フィラ
メントを主フィラメントよりも上方に設置すれば成長結
晶側を加熱することができる。
Since the area where energy is concentrated differs depending on the position of the sub-filament, the position and the radiant energy are set to optimal conditions taking into consideration the temperature distribution desired to be formed on the sample surface. For example, when the sample is inserted into the spheroid mirror from above and the growing crystal is located below the melt zone, the growing crystal side can be heated by placing the sub-filament above the main filament.

[作用コ 主フィラメントからの赤外線エネルギーは棒状試料の一
部に集中し、局部的に加熱溶融して結晶成長が行われる
。焦点からややずれた位置に設けられる副フィラメント
から生じる赤外線は、焦点から外れた分だけ他方の焦点
からも外れた領域を照射する。その領域を成長結晶側に
設定しておけば副フィラメントによって加熱されるため
、その部分の温度が上昇し成長結晶側の温度勾配が緩(
なる非対称型温度分布を形成できる。これによって1パ
ス方式でも良好な結晶成長を行わせることができる。
[Action Infrared energy from the main filament is concentrated in a part of the rod-shaped sample, locally heated and melted, and crystal growth occurs. The infrared rays generated from the sub-filament provided at a position slightly deviated from the focal point irradiate an area that is also deviated from the other focal point by the amount that it is deviated from the focal point. If that area is set on the growing crystal side, it will be heated by the secondary filament, so the temperature of that area will rise and the temperature gradient on the growing crystal side will be gentle (
It is possible to form an asymmetric temperature distribution. As a result, good crystal growth can be achieved even in a one-pass method.

[実施例] 第1図は本発明に係る赤外線集中加熱炉用ランプlOの
一実施例を示す説明図である。ランプ10は、その内部
に主フィラメント12と副フィラメント14とを備え、
透明管16の内部に封入された構造である。ここでは主
フィラメントI2と副フィラメント14とが並列に接続
されている。主フィラメント12の抵抗R,は従来単独
のフィラメントと同程度の値のものであり、副フィラメ
ント14の抵抗R8よりもはるかに小さい。また加熱炉
内に組み込んだ時に、主フィラメント12が丁度回転楕
円鏡の一方の焦点上に組み込めるような構造である。
[Example] FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the lamp IO for an infrared central heating furnace according to the present invention. The lamp 10 includes a main filament 12 and a sub-filament 14 therein,
It has a structure sealed inside a transparent tube 16. Here, the main filament I2 and the sub-filament 14 are connected in parallel. The resistance R of the main filament 12 is comparable to that of a conventional single filament, and is much smaller than the resistance R8 of the sub-filament 14. Furthermore, the structure is such that when installed in a heating furnace, the main filament 12 can be installed exactly on one focal point of the spheroidal mirror.

このようなランプ10を組み込んだ赤外線集中加熱炉の
一例を第2図に示す。ランプ10の構造の違いを除けば
加熱炉の基本的な構成は従来技術と同様である。つまり
回転楕円鏡20の一方の焦点にランプ10が配置される
と共に、他方の焦点を通るように石英透明管22が挿通
される。透明管22の内部には棒状試料24が挿通され
、その上下両端はそれぞれ昇降回転支持装置26によっ
て保持される。
An example of an infrared concentrated heating furnace incorporating such a lamp 10 is shown in FIG. The basic configuration of the heating furnace is the same as that of the prior art except for the difference in the structure of the lamp 10. That is, the lamp 10 is placed at one focal point of the spheroidal mirror 20, and the transparent quartz tube 22 is inserted through the other focal point. A rod-shaped sample 24 is inserted into the transparent tube 22, and its upper and lower ends are each held by an elevating and rotating support device 26.

前述したように、本発明に係るランプ10は、その主フ
ィラメン)12が丁度回転楕円鏡20の焦点上に位置し
、副フィラメント14がそれからやや外れた上方に位置
するように取り付けられる。
As mentioned above, the lamp 10 according to the present invention is mounted so that its main filament 12 is located exactly on the focal point of the spheroidal mirror 20, and the secondary filament 14 is located slightly above the focal point.

ランプ10の主フィラメント12かどの赤外線は、直接
もしくは回転楕円鏡20によって反射されて透明管22
を通り他方の焦点近傍に位置する棒状試料24を局部的
に加熱し融帯28を形成する。最初その融帯近傍に種結
晶を配置することによって結晶成長が始まる。昇降回転
支持装置18により上下で逆向きに回転させながら徐々
に下向きに移動することによって、棒状試料24におけ
る融帯28が徐々に移動し、それに伴い溶融後の領域が
結晶成長を続けることになる。
Infrared rays from one corner of the main filament 12 of the lamp 10 are transmitted directly or reflected by the spheroidal mirror 20 to the transparent tube 22.
The rod-shaped sample 24 located near the other focal point is locally heated to form a melt zone 28. Crystal growth begins by first placing a seed crystal near the melting zone. By gradually moving downward while rotating the upper and lower parts in opposite directions using the vertically rotating support device 18, the melt zone 28 in the rod-shaped sample 24 gradually moves, and accordingly, the region after melting continues crystal growth. .

さて本発明においては主フィラメント12の上側の副フ
ィラメント14から発せられた赤外線は回転楕円鏡20
によって反射されて他方の焦点よりもやや下方の位置に
ある程度広い範囲にわたって照射する。それによって成
長結晶側に熱エネルギーを与え、そめ部分の温度を上昇
し温度勾配を緩やかに制御することができる。
Now, in the present invention, the infrared rays emitted from the secondary filament 14 above the main filament 12 are transmitted to the spheroidal mirror 20.
It is reflected by the other focal point and irradiates it over a somewhat wide range at a position slightly below the other focal point. This gives thermal energy to the growing crystal side, increases the temperature of the bottom part, and makes it possible to gently control the temperature gradient.

その様子を第3図に示す、同図において破線Eで示す急
峻なピークを有する曲線が主フイラメント単独により得
られる温度分布である。損言すれば、これは従来技術に
対応する温度分布である。これによって区間A−Bの間
にピークを有する急峻な温度勾配が与えられ、棒状試料
24の一部に融帯28が形成される。それよりも下方で
破線Fによって表された曲線は副フィラメント14によ
って試料に与えられる温度分布を表し、区間C−Dにお
い緩やかで且つ広い範囲で試料を加熱する。実際には棒
状試料にはこれらが重畳されて、実線Gによって表され
るような温度分布となる。このため成長結晶側28は曲
線Eによって表されるような主フィラメントのみの場合
(従来の場合)と異なり緩やかな温度勾配となり、それ
によって熱歪や亀裂の発生を防止し成長縞や各種格子欠
陥の少ない良質の結晶を1バス方式で成長させることが
できる。
This situation is shown in FIG. 3. In the figure, the curve with a steep peak indicated by the broken line E is the temperature distribution obtained by the main filament alone. To put it bluntly, this is a temperature distribution that corresponds to the conventional technology. As a result, a steep temperature gradient having a peak between section A and B is provided, and a melt zone 28 is formed in a part of the rod-shaped sample 24. The curve below that indicated by the broken line F represents the temperature distribution given to the sample by the sub-filament 14, and the sample is heated gently and over a wide range in the section CD. In reality, these are superimposed on the rod-shaped sample, resulting in a temperature distribution as represented by the solid line G. For this reason, the growing crystal side 28 has a gentle temperature gradient, unlike the case of only the main filament (in the conventional case) as represented by curve E, thereby preventing the occurrence of thermal strain and cracks, and preventing growth streaks and various lattice defects. It is possible to grow high-quality crystals with a small amount of carbon in one bath.

以上本発明の好ましい一実施例について詳述したが、本
発明はかかる構造のみに限定されるものではない。上記
実施例では副フィラメントは一本であるが、与えるべき
温度分布によっては2本以上の副フィラメントを並設す
ることも可能である。主フィラメントに対する副フィラ
メントの電気抵抗の割合やその位置関係は与えるべき温
度勾配に応じて適宜変更できる9例えば第2図で主フィ
ラメントに対して副フィラメントの位置をより上方に移
動させれば、副フィラメントによって照射する部分がよ
り下方に移動し且つ照射範囲を広くすることができる。
Although a preferred embodiment of the present invention has been described above in detail, the present invention is not limited to this structure. In the above embodiment, there is only one sub-filament, but it is also possible to arrange two or more sub-filaments in parallel depending on the temperature distribution to be provided. The ratio of electrical resistance of the secondary filament to the main filament and its positional relationship can be changed as appropriate depending on the temperature gradient to be applied.9For example, if the position of the secondary filament is moved higher relative to the main filament in The filament allows the area to be irradiated to move further downward and to widen the irradiation range.

更に主フィラメントと副フィラメントとは必ずしも並列
に接続する必要はない、それぞれ独立に電流制御を行っ
て所望の温度分布を形成させることもできる。
Furthermore, the main filament and the sub-filament do not necessarily need to be connected in parallel; the current may be controlled independently to form a desired temperature distribution.

[発明の効果] 本発明は上記のように焦点上に位置する主フィラメント
に対して副フィラメントをずれた位置に設けて温度分布
を調整できるようにしたから、融帯部分には急激な温度
勾配を付与して一定量の融帯を安定に保持させつつ、成
長結晶側の温度勾配を緩やかに制御することができ、そ
れによって成長する結晶の熱歪を除去し亀裂の発生を防
止でき、1パス方式で成長縞や格子欠陥等が生じない高
品質の結晶を成長させることができるという優れた効果
を有する。
[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, the temperature distribution can be adjusted by providing the sub-filament at a position shifted from the main filament located on the focal point, so there is no sharp temperature gradient in the fusion zone. The temperature gradient on the growing crystal side can be gently controlled while stably maintaining a certain amount of melt zone by imparting a The pass method has the excellent effect of being able to grow high-quality crystals without growth stripes or lattice defects.

また副フィラメントの入ったランプを取り付けるだけで
よいから、従来の結晶製造設備をそのまま利用できるの
で設備コストがかからず、アフターヒータ等よりも′は
るかに装置が簡略化される効果もある。
In addition, since it is only necessary to attach a lamp containing a sub-filament, conventional crystal manufacturing equipment can be used as is, so there is no equipment cost, and the equipment is much simpler than an after-heater or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る赤外線集中加熱炉用ランプの一実
施例を示す説明図、第2図はそれを組み込んだ赤外線集
中加熱炉の一例を示す説明図、第3図は本発明を適用し
た場合の温度分布の一例を示す説明図である。 10・・・ランプ、12・・・主フィラメント、14・
・・副フィラメント、20・・・回転楕円鏡、22・・
・透明管、24・・・棒状試料、2G・・・昇降回転支
持装置、28・・・融帯。 特許出願人 富士電気化学株式会社 代  理  人     茂  見     積第1図 第2図
Fig. 1 is an explanatory diagram showing an example of an infrared central heating furnace lamp according to the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing an example of an infrared central heating furnace incorporating the lamp, and Fig. 3 is an explanatory diagram showing an example of an infrared central heating furnace incorporating the lamp. It is an explanatory view showing an example of temperature distribution in the case of. 10...Lamp, 12...Main filament, 14.
・・Secondary filament, 20・・Spheroidal mirror, 22・・
- Transparent tube, 24... Rod-shaped sample, 2G... Elevating and rotating support device, 28... Melting zone. Patent applicant Fuji Electrochemical Co., Ltd. Agent Shigeru Estimate Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、回転楕円鏡の一方の焦点上に位置する主フィラメン
トと、該焦点からやや外れた位置に設けられる副フィラ
メントとを備えた赤外線集中加熱炉用ランプ。
1. An infrared concentrated heating furnace lamp comprising a main filament located on one focal point of a spheroidal mirror and a sub-filament located slightly away from the focal point.
JP19016985A 1985-08-29 1985-08-29 Lamp for infrared concentrated heating furnace Pending JPS6251179A (en)

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JP19016985A JPS6251179A (en) 1985-08-29 1985-08-29 Lamp for infrared concentrated heating furnace

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JP (1) JPS6251179A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015014596A (en) * 2013-06-08 2015-01-22 株式会社山本金属製作所 Cantilever type rotary-bending fatigue testing apparatus under high temperature environment
US9730749B2 (en) 2009-04-17 2017-08-15 Domain Surgical, Inc. Surgical scalpel with inductively heated regions

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9730749B2 (en) 2009-04-17 2017-08-15 Domain Surgical, Inc. Surgical scalpel with inductively heated regions
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