JP2016516659A - サファイアシート、ならびに傾斜熱シールドを用いてサファイアシート製造するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
本開示は、ダイチップの側面に対して傾斜した熱シールドを含む縁端限定成長(EFG)によってサファイアシートを成長させるための装置及び方法に関する。さらに、本開示は、ある特定の最大低スポットの厚さなどの特徴を有する、サファイアシートおよびサファイアシートバッチに関する。【選択図】 図1
Description
本開示は、サファイアシート、ならびにサファイアシートを特に縁端限定成長(Edge−Defined Film Growth)(EFG)によって作製するための装置および方法に関する。
サファイアシートは様々な用途に使用される。たとえば、サファイアシートは、弾道および標的設定用窓等の、様々な要求の厳しい高性能な軍事用および商業用の用途に使用することができる。サファイアシートのさらなる改良、特に大きくて厚いサファイアシートの製造の際の寸法安定性についてのさらなる改良が望まれる。
実施態様を添付図面に、例として且つ非限定的に示す。
図1は、本開示の一実施態様に係るEGF成長装置を示す。
図2は、サファイアシートの略図を示す。
図3は、例C1により成長させたサファイアシートブランクを示す。
図4は、例C2により成長させたサファイアシートブランクを示す。
図5は、例3により成長させたサファイアシートブランクを示す。
図6は、例4により成長させたサファイアシートブランクを示す。
図7は、例5により成長させたサファイアシートブランクを示す。
図8は、例C6により成長させたサファイアシートブランクを示す。
当業者は、図面中の要素が簡潔化および明瞭化のために図解されているのであって、必ずしも一定の比例に応じて描かれてはいないことを十分に認識する。例えば、図面中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施態様の理解を良くするために、他の要素と比較して誇張されている場合がある。
以下の説明は、図面と共に、本明細書に開示される教えの理解を助けるために提供される。以下の説明は、前記教えの具体的な実行および実施態様に焦点を合わせる。この焦点は、前記教えの説明を助けるために提供されるのであって、前記教えの範囲または利用可能性に対する制限と解釈すべきではない。
本明細書中で使用する用語「C面サファイア」は実質的に平面状の(planar)単結晶サファイアを指し、そのC軸はその材料の主平面に対して略垂直(±10度)である。典型的には、前記C軸は前記主平面から約1度未満である。
本明細書中で使用する用語「A面サファイア」は実質的に平面状の単結晶サファイアを指し、そのA軸はその材料の主平面に対して略垂直(±10度)である。典型的には、前記A軸は前記主平面から約1度未満である。
本明細書中で使用する用語「R面サファイア」は実質的に平面状の単結晶サファイアを指し、そのR軸はその材料の主平面に対して略垂直(±10度)である。典型的には、前記R軸は前記主平面から約1度未満である。
本明細書中で論じるサファイアにおける各結晶面は、当業界で公知の通りである。本明細書中で、単結晶シートの具体的な面に対するある特定の配向についての言及は、その基準面がもうひとつの面に対して傾いているオフ角、ミス角、ミスカット、その他の配向の全てを含むものと理解すべきである。例えば、概略A面またはC面配向を有するが、M面に向かう所望の傾斜またはミスカット角を含む結晶シートを製造するのが望ましいことがよくある。したがって、例えば「A面」または「C面」という語句の使用は、何らかの所望のオフカットまたはミス角配向を伴う概略基準面としてのこの面を含む。
以下に示す表は、サファイアにおける通常の結晶面のミラー指数およびd間隔を示す。
ある値についての用語「平均の(平均した)」は、平均、相乗平均、または中央値を意味することを意図している。
本明細書中で使用する用語「含む(comprises, comprising, includes, including)」、「有する(has, having)」およびそれらの変形は非排他的包含を包含することを意図している。例えば、特徴のリストを含む過程、方法、物、または装置は、それら特徴にのみ限定されるのでは必ずしもなく、明白にリストに表示されていないかまたはそのような過程、方法、物、あるいは装置に固有のものではない他の特徴を含む場合がある。さらに、明白に反対のことが述べられていない限りは、「または」は包含的論理和を指すのであり、排他的論理和を指すのではない。例えば、条件AまたはBは、次のいずれによっても充たされる。すなわち、Aが真(または存在する)でBが偽(または存在しない)、Aが偽(または存在しない)でBが真(または存在する)、ならびにAおよびBが真(または存在する)。
「不定冠詞(a, an)」の使用は、本明細書中で説明する要素および構成要素を記述するために使用する。これは、便宜的に行うのであり、本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行うのである。この記述は、1つまたは少なくとも1つを含むと読解するべきであり、単数形は複数形をも含み、または逆に複数形は単数形をも含むのであるが、別のことが意味されることが明らかな場合はこの限りではない。
別に定義しない限りは、本明細書中で使用する全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術における普通の技能を有する者が通常理解するのと同じ意味を有する。材料、方法、および例は、説明的なだけのものであり、限定的であることを意図したものではない。本明細書中で記述しない程度に、具体的な材料および処理行為に関する多くの詳細事項は慣用のものであり、結晶技術、特にサファイア結晶技術における教科書類およびその他の出典類に見られる場合がある。
図1は、本開示の第1の局面にしたがって縁端限定成長(EFG)によってサファイアシートを成長させるための装置を示す。この装置は米国特許第7,348,076号公報に記載されているような装置と類似のものでよく、該公報は全ての有用な目的のために参照して本明細書に組み入れられる。この装置は、溶融体源10と、前記溶融体源10に隣接するダイチップ22およびダイ開口部24を含むダイ20と、前記ダイ開口部24に隣接する第1の領域30と、熱反射性シールド50とを含み得る。ダイチップ22は、前記ダイ開口部24を含む上面26と、前記上面26に略垂直に延びる2つの側面28とを含む。熱反射性シールド50は、水平面に対して傾斜していることができる。水平面とは、ダイチップの2つの鉛直に延びる側面28に対して垂直な平面を指す。本明細書中で使用する、水平面に対して傾斜した熱反射性シールドは、水平面に対して垂直および平行なもの以外の全ての配向を含む。
ある特定の実施態様においては、熱反射性シールド50は、前記ダイチップ22および前記第1の領域30の両者に隣接して配置することができる。熱反射性シールド50は、前記ダイに対面する第1の表面52と、前記第1の表面52とは反対側の第2の表面54とを含み得る。熱反射性シールド50は、前記熱反射性シールドの第1の表面52に当たる熱エネルギーをより低温度の領域、例えば前記第1の領域30の上方の第2の領域32内のより低温度の領域の方へ向ける(反射する)ように構成することができる。前記第1の領域30から放射される熱をより低温度の領域へ反射することによって、前記ダイの上方の前記第1の領域30における温度勾配を、前記ダイの側面に平行な熱シールドを有する装置と比較して、増大させることができる。そういうものとして、熱反射性シールド50は、反射熱に起因する第1の温度勾配を横方向および鉛直方向の両方において制御するように構成することができる。このことは、水平面に対して垂直な(すなわち、前記ダイチップの側面と平行な)熱シールドとは対照的である。なぜなら、後者は、その熱の大部分を横方向に反射するので、反射熱に起因する温度勾配を鉛直方向において制御することはできないからであう。熱シールドを水平面に対して傾斜させることにより、輻射熱のかなりの部分をそのよって来るところとは違う領域へ反射することができる。
本明細書中で使用する「温度勾配」は、EFG成長装置における2つの位置の間の距離に亘る平均温度変化を指す。この2つの位置の間の距離は、製造過程の間に単結晶サファイアが進む方向を示す線の上で測定される。例えば、EFG法においては、装置内の第1の位置と装置内の第2の位置との間で、温度差が摂氏50度であってよい。温度勾配の単位は、例えば、「度/cm」または「度/インチ」であってよい。特記しない限り、前記温度変化は、サファイア結晶が前記勾配を通して第1の位置から第2の位置へ通る際の、より高い温度からより低い温度へのそれである。
図1は、さらに、前記熱反射性シールド50からさらに離隔して配置した鉛直熱シールド55を示す。ある特定の実施態様においては、EFG装置は、鉛直熱シールド55および前記傾斜熱反射性シールド50の両方を含み得る。他の実施態様においては、前記傾斜熱反射性シールド50のみが存在してよい。
ある特定の実施態様においては、前記熱反射性シールド50は、約4度以上、約5度以上、約10度以上、約15度以上、約20度以上、約25度以上、約30度以上、約35度以上、約40度以上、約45度以上、約50度以上、約55度以上、約60度以上、約65度以上、約70度以上、約75度以上、約80度以上、またはさらには約85度以上の、水平面となす角度αを有し得る。さらなる実施態様においては、前記熱反射性シールドは、水平面と約88度以下、約85度以下、約80度以下、約75度以下、またはさらには70度以下の角度αを有し得る。
前記熱反射性シールド50は、前記EFG装置内において熱線の流れを操作することができる任意の材料で構成することができる。ある特定の実施態様においては、前記熱反射性シールド50は、例えば耐火金属などの金属で構成することができる。
図2は、サファイアリボン100の略図を示す。このサファイアリボン100は長さL,幅W,および厚さTを含む。長さは幅より大かまたは幅に等しくすることができる。長さ及び幅は厚さよりも大であり得る。
ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの長さは、すくなくとも6インチ、少なくとも12インチ、すくなくとも24インチ、またはさらには少なくとも30インチであり得る。ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの長さは60インチ以下、80インチ以下、またはさらには100インチ以下であり得る。
ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの幅は少なくとも1インチ、少なくとも2インチ、少なくとも3インチ、少なくとも4インチ、少なくとも6インチ、またはさらに少なくとも8インチであり得る。ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの幅は20インチ以下、30インチ以下、50インチ以下、またはさらには100インチ以下であり得る。サファイアシートの呼び幅は、前記ダイ開口部24の幅に基づいて決定される。ある特定の実施態様においては、前記ダイ開口部24は、少なくとも1インチ、少なくとも2インチ、少なくとも3インチ、少なくとも4インチ、少なくとも6インチ、またはさらには少なくとも8インチの幅を有し得る。
ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの厚さは少なくとも0.1mm、少なくとも0.2mm、少なくとも0.3mm、少なくとも0.4mm、少なくとも0.5mm、少なくとも0.6mm、少なくとも0.7mm、またはさらには少なくとも0.75mm、例えば少なくとも約0.8mm、少なくとも約1.0mmであり得る。ある特定の実施態様においては、EFG成長装置で成長させられるサファイアシートの厚さは2mm以下、5mm以下、10mm以下、15mm以下、50mm以下、またはさらには100mm以下であり得る。サファイアシートの所望の呼び厚さは、前記ダイの厚さに基づいて選択され得る。ある特定の実施態様においては、前記ダイ開口部は、少なくとも0.1mm、少なくとも0.2mm、少なくとも0.3mm、少なくとも0.4mm、少なくとも0.5mm、少なくとも0.6mm、少なくとも0.7mm、またはさらには少なくとも0.75mmの厚さを有し得る。本開示のある特別な利点は、前記ダイ開口部の厚さ、すなわち呼び厚さにできるだけ近い最小厚さを有するサファイアシートを作製することである。ある特定の実施態様においては、サファイアシートの最小厚さの前記ダイ開口部の厚さに対する比は、少なくとも約0.90:1、少なくとも約0.93:1、またはさらには少なくとも約0.95:1であり得る。この文脈において、サファイアシートの最小厚さは、本明細書中で説明する最大低スポット(maximum low spot)の厚さの測定によって決定される。
ある特定の実施態様においては、前記熱反射性シールドの長さはサファイアシートの幅に関連して数量化することができる。例えば、ある特定の実施態様においては、前記熱シールドの傾斜面の長さのサファイアシートの幅に対する比は、約2:1未満、約1:1未満、約1:2未満、約1:3未満、またはさらには約1:4未満であり得る。
本明細書中で説明するある特定のさらなる実施態様は、サファイアシートを作製する方法に関する。ある特定の実施態様においては、サファイアシートを作製する方法は、ダイの上方でサファイアシートを結晶化することと、前記サファイアシートを前記ダイに隣接する第1の領域において冷却することと、前記第1の領域において前記サファイアシートの厚さを横切って温度勾配を制御することと、を含み得る。ある特定の実施態様においては、前記第1の温度勾配に隣接する第2の温度勾配があってもよく、前記第2の温度勾配は前記ダイ開口部から前記第1の温度勾配よりもさらに離隔しており、前記第2の温度勾配は前記第1の温度勾配未満である。
前記結晶化に先立って、前記方法は、ダイ開口部の長手方向軸に略垂直な所望の軸配向を有する種結晶で、溶融体設備(melt fixture)に種子付けすることを含み得る。前記EFG装置、およびそこから製造される前記サファイアリボンは、任意の結晶配向を有し得る。ある特定の実施態様においては、前記サファイアリボンはサファイアリボンの主面に対して略垂直なC軸、A軸、R軸、M軸、N軸、またはS軸配向を有し得る。ある特定の具体的な実施態様においては、前記サファイアリボンは、サファイアリボンの主面に対して略垂直のC軸、A軸、またはR軸配向を有し得る。ある具体的実施態様においては、前記サファイアリボンは、サファイアリボンの主面に対して略垂直なC軸配向を有する。この結晶配向は、ダイ開口部の長手方向軸に対して略垂直な公知の所望の配向を有する種結晶で、溶融体設備に種子付けを行うことによって決定することができる。このようにして作製されたリボンは、サファイアリボンの主面に対して略垂直な対応する配向を有することとなる。
前記第1の領域においてサファイアシートの厚さを横切って前記温度勾配を制御することは、少なくとも約1度/mm、少なくとも約1.3度/mm、少なくとも約1.6度/mm、少なくとも約2.0度/mm、少なくとも約2.5度/mm、またはさらには少なくとも約3.0度/mmの温度勾配を維持することを含み得る。
ある特定の実施態様においては、前記第1の温度勾配は、前記作製面に沿って少なくとも約1cm、少なくとも約2cm、少なくとも約3cm、少なくとも約5cm、またはさらには少なくとも約10cmの距離に亘って延在し得る。
そのうえ、ある特定の実施態様においては、前記第1の領域は所望の滞留時間を有し得る。滞留時間とは、特定の点がある特定の領域内で過ごす時間である。ある特定の実施態様においては、前記サファイアシート上の特定の点の前記第1の領域における滞留時間は少なくとも10分、少なくとも12分、少なくとも14分、またはさらには少なくとも18分であり得る。
前記サファイアシートを作製する速度は、部分的には、引き抜き速度によって制御される。引き抜き速度とは、サファイアシートが作製領域を通って引かれる速度である。ある特定の実施態様においては、前記サファイアシートの引き抜き速度は少なくとも2.5cm/hr、少なくとも5cm/hr、またはさらには少なくとも10cm/hrであり得る。
ある特定の実施態様においては、冷却することは、前記第1の領域からかなりの量の輻射熱を反射することを含み得る。例えば、かなりの量は、前記温度勾配を上述のように維持するのに十分な量を含み得る。
本開示のある具体的な達成は、前記サファイアシートの全厚変動(Total Thickness Variation: TTV)、最大低スポット含有割合、および平面状(planar)からの標準偏差の削減である。ある特定の実施態様においては、前記サファイアシートは、約0.2mm以下、約0.5mm以下、約0.7mm以下、約0.8mm以下、またはさらには約1.0mm以下、例えば約1.2mm以下、約1.5mm以下、またはさらには約2.0mm以下の全厚変動(TTV)を有し得る。本明細書中で使用するTTVは、前記シートの長さおよび幅に亘るセグメントに沿う厚さの最大値および最小値の間の差である。本開示中で論じるように、前記サファイアシートの厚さを平方インチごとに測定してシート全体の厚さマップを作製し得ることは、当業者に理解される通りである。本明細書中で示すTTV値は、平方インチ毎に測定して厚さマップを作製することを通して得られる、厚さの最小値および最大値の間の差を指す。
ある特定の実施態様においては、前記サファイアシートは、約0.2mm以下、約0.3mm以下、0.4mm以下、約0.5mm以下、約0.6mm以下、約0.7mm以下、またはさらには約0.75mm以下、例えば約0.8mm以下、約0.9mm以下、約1.2mm以下、またはさらには約1.4mm以下の最大低スポットの厚さ(maximum low spot thickness)を有し得る。本明細書中で使用する最大低スポットの厚さとは、ドロップ計(drop gauge)を用いて測定したサファイアシート上のいずれの点でもよいサファイアシートの最小厚さの尺度である。サファイアシートの最大低スポットの厚さを決定する際には、当業者に理解されるように厚さマップを作製し、厚さを平方インチ毎に測定する。最大低スポットの厚さを確認するため、厚さマップの結果を分析して、存在する最低厚さを決定する。もしもボイドが存在するときは、存在する最低厚さ(すなわち最大低スポットの厚さ)は0となる。
ある特定の実施態様においては、前記サファイアシートは、約0.5mm以下、約0.3mm以下、約0.25mm以下、例えば約0.2mm以下、約0.15mm以下、約0.1mm以下、約0.05mm以下の、平面状からの標準偏差を有し得る。
本明細書中で説明するEFG結晶成長装置は、サファイアシートブランクを製造する。そのブランクを切断して、仕上がりサファイアシートを作製することができる。ブランクは、例えばマシニングセンターまたはウォータージェットカッターを用いて切断することができる。本開示のもうひとつの達成は、仕上がりシートを作製するためにブランクから切断除去しなければならない廃材の量の削減である。ある特定の実施態様においては、EFG成長によるサファイアブランクから切り出したサファイアシートは、EFG成長によるサファイアブランクの表面積の少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約92%、少なくとも約94%、少なくとも約95&、少なくとも約96%、またはさらには少なくとも約98%のサファイアシート表面積を有し得る。
ある特定の実施態様においては、本明細書中で説明する連続的に成長させたサファイアシートは、約2%以下、約3%以下、約4%以下、約5%以下、約8%以下、またはさらにはやく10%以下の、連続的に成長させたサファイアシートの各々のTTV値の標準偏差を有し得る。例えば、このTTV値の標準偏差は、少なくとも2枚、少なくとも3枚、少なくとも4枚、少なくとも5枚、少なくとも6枚、少なくとも7枚、少なくとも8枚、少なくとも9枚、またはさらには少なくとも10枚の、同一のEFG成長装置から連続的に成長させたサファイアシートの間で生じ得る。
理論に限定されることなく、次のことが信じられる。すなわち、少なくとも、前記ダイチップの側面に対して傾斜した熱シールドは、成長の際に前記サファイアシートの厚さを横断してより均一でより大きな温度勾配を維持することができる、ということが信じられる。従来は、本明細書中で説明する特徴、例えば最大低スポットの厚さや、全厚と最大低スポットの厚さとの組合せのような特徴の組合せを有するサファイアシートを、一貫性を持って作製することは不可能であった。
多くの異なる局面や実施態様が可能である。それら局面および実施態様のいくつかを本明細書中で説明する。本明細書を読めば、当業者は、それらの局面および実施態様が、説明的なだけであって、本発明の範囲を限定するものではないことを十分に認識するであろう。実施態様は、以下にリストアップする項目のいずれかひとつまたは2つ以上に従うものであってよい。
<項目1>縁端限定成長(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、水平面に対して傾斜した熱反射性シールドを含み、前記熱反射性シールドは反射熱に起因する第1の温度勾配を横方向および鉛直方向で制御するように構成されている装置。
<項目2>縁端限定成長(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、水平面に対して傾斜した熱反射性シールドを含み、前記サファイアシートは長さ、幅、および厚さを有し、長さ≧幅>厚さであり、前記厚さは少なくとも0.5mmである装置。
<項目3>縁端限定成長(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、溶融体源と、前記溶融体源に隣接するダイチップを有するダイと、前記ダイの開口部に隣接する第1の領域と、前記ダイおよび前記第1の領域に隣接する熱反射性シールドとを含み、前記熱反射性シールドは前記ダイに対面する第1の表面および前記第1の表面とは反対側の第2の表面を含み、前記熱反射性シールドは、前記熱反射性シールドの第1の表面に接する熱エネルギーをより低温度の領域の方へ向けることによって、前記ダイの上方の第1の領域における温度勾配を、前記ダイチップの側面に平行な熱シールドを有する装置と比較して、増大させるように構成されている装置。
<項目4>ダイの上方でサファイアシートを結晶化することと、第1の領域において前記サファイアシートを冷却することと、少なくとも約1.5度/mmの前記サファイアシートの厚さを横断する温度勾配を制御することと、を含むサファイアシートを作製する方法。
<項目5>ダイの上方でサファイアシートを結晶化することと、前記ダイに隣接する第1の領域において前記サファイアシートを冷却することとを含み、冷却することはかなりの量の輻射熱を前記第1の領域から遠ざけるように反射することを含む、サファイアシートを作製する方法。
<項目6>長さ、幅、および厚さを有し、長さ≧幅>厚さであるサファイアシートであって、1.0mm以下の全厚変動(ただし、変動は前記シートの長さおよび幅に亘るセグメントに沿う厚さの最大値および最小値の間の差を指す)および0.75mm以下の最大低スポットの厚さから選ばれる少なくとも1つの特徴を有するサファイアシート。
<項目7>EFG成長サファイアブランクから切り出されたサファイアシートであって、前記サファイアシートの表面積の割合は前記EFG成長サファイアシートの表面積の少なくとも90%であるサファイアシート。
<項目8>連続的にEFG成長させた少なくとも3枚のサファイアシートのバッチであって、前記連続的に成長させた少なくとも3枚のサファイアシートは5%以下の全厚変動の標準偏差を有するバッチ。
<項目9>前記サファイアシートは少なくとも1インチ、少なくとも2インチ、少なくとも3インチ、少なくとも4インチ、少なくとも6インチ、またはさらには少なくとも8インチの幅を有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目10>前記サファイアシートは少なくとも6インチ、少なくとも12インチ、少なくとも24インチ、またはさらには少なくとも30インチの長さを有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目11>前記サファイアシートは少なくとも0.1mm、少なくとも0.2mm、少なくとも0.3mm、少なくとも0.4mm、少なくとも0.5mm、少なくとも0.6mm、少なくとも0.7mm、またはさらには少なくとも0.75mmの厚さを有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目12>前記サファイアシートは1.0mm以下の全厚変動を有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目13>前記サファイアシートは0.75mm以下の最大低スポットの厚さを有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目14>前記サファイアシートは0.25mm以下の平面状からの標準偏差を有する、先行項目のいずれかに記載の装置、方法、バッチ、またはサファイアシート。
<項目15>前記熱反射性シールドは約85度以下、約80度以下、約75度以下、またはさらには約70度以下の角度をなす、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目16>前記熱反射性シールドは約1度以上、約2度以上、約3度以上、約4度以上、約5度以上、約10度以上、約15度以上、約20度以上、約25度以上、約30度以上、約35度以上、約40度以上、約45度以上、約50度以上、約55度以上、またはさらには60度以上の角度をなす、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目17>前記熱反射性シールドは金属、特に耐火金属を含む、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目18>前記熱反射性シールドは前記ダイチップの側面に対して傾斜した表面を有し、前記熱シールドの傾斜した表面の長さの前記サファイアシートの幅に対する比が約2:1未満、約1:1未満、約1:2未満、約1:3未満、またはさらには約1:4未満である、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目19>前記熱反射性シールドは前記第1の領域から横方向に放射される熱のかなりの部分がより低温度の領域へ向けて反射されるように配置されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目20>前記熱反射性シールドは前記第1の領域に隣接して配置されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目21>前記第1の温度勾配は少なくとも約1度/mm、少なくとも約1.3度/mm、少なくとも約1.6度/mm、少なくとも約2.0度/mm、少なくとも約2.5度/mm、またはさらには少なくとも約3.0度/mmである、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目22>前記第1の温度勾配は前記作製面に沿って少なくとも約1cm、少なくとも約2cm、少なくとも約3cm、少なくとも約5cm、またはさらには少なくとも約10cmの距離に亘って延在する、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目23>前記第1の温度勾配に隣接する第2の温度勾配をさらに含み、前記第2の温度勾配は前記ダイ開口部から前記第1の温度勾配よりもさらに離隔しており、前記第2の温度勾配は前記第1の温度勾配未満である、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目24>前記ダイ開口部は少なくとも1インチ、少なくとも2インチ、少なくとも3インチ、少なくとも4インチ、少なくとも6インチ、またはさらには少なくとも8インチの幅を有する、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目25>前記ダイ開口部は少なくとも0.1mm、少なくとも0.2mm、少なくとも0.3mm、少なくとも0.4mm、少なくとも0.5mm、少なくとも0.6mm、少なくとも0.7mm、またはさらには少なくとも0.75インチの厚さを有する、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目26>前記サファイアシートの平均厚さの前記ダイ開口部の厚さに対する比は少なくとも約0.95:1である、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目27>溶融体設備にダイ開口部の長手方向軸に略垂直なC軸、A軸、R軸、M軸、N軸、またはS軸配向を有する種結晶で種子付けすることをさらに含み、前記サファイアシートはサファイアシートの主面に略垂直な同じ種子付け後配向を有する、先行項目のいずれかに記載の方法。
<項目28>前記サファイアシートの特定の点の前記第一の領域における前記滞留時間は少なくとも10分である、先行項目のいずれかに記載の方法。
<項目29>前記サファイアシートを少なくとも2.5cm/hr、少なくとも5cm/hr、またはさらには少なくとも10cm/hrの速度で引き抜くことをさらに含む、先行項目のいずれかに記載の方法。
<項目30>前記サファイアシートはサファイアシートの主面に略垂直なC軸、A軸、R軸、M軸、N軸、またはS軸配向を有する、先行項目のいずれかに記載の方法またはサファイアシート。
<項目31>縁端限定成長(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、作製面に対して傾斜した熱反射性シールドを含み、前記熱反射性シールドは反射熱に起因する第1の温度勾配を横方向および鉛直方向で制御するように構成されている装置。
<項目32>縁端限定成長(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、ダイと前記ダイの開口部に隣接する第1の領域とに隣接して配置されるように構成された熱反射性シールドを含み、前記熱反射性シールドは前記ダイに対面する第1の表面および前記第1の表面とは反対側の第2の表面を含み、前記熱反射性シールドは、前記熱反射性シールドの第1の表面に当たる熱エネルギーをより低温度の領域の方へ向けることによって、前記ダイの上方の第1の領域における温度勾配を、前記ダイの側面に平行な熱シールドを有する装置と比較して、増大させるように構成されている装置。
<項目33>ダイの上方でサファイアシートを結晶化することと、前記ダイに隣接する第1の領域において前記サファイアシートを冷却することとを含み、冷却することはかなりの量の輻射熱を前記第1の領域から遠ざけるように反射することを含む、サファイアシートを作製する方法。
<項目34>溶融体設備にダイ開口部の長手方向軸に略垂直なC軸、A軸、R軸、M軸、N軸、またはS軸配向を有する種結晶で種子付けすることをさらに含み、前記サファイアシートはサファイアシートの主面に略垂直な種子付け後配向を有する、項目33に記載の方法。
<項目35>前記サファイアシート上の特定の点の前記第1の領域における滞留時間が少なくとも10分である、項目33に記載の方法。
<項目36>前記サファイアシートの冷却は、前記ダイに隣接して配置されるとともに作製面に対して傾斜するように構成された熱反射性シールドを含むEFG装置を提供することを含む、項目33に記載の方法。
<項目37>前記熱反射性シールドは作製面と約85度以下の角度をなす、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目38>前記熱反射性シールドは作製面と約35度以上の角度をなす、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目39>前記熱反射性シールドは金属を含む、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目40>前記熱反射性シールドは耐火金属を含む、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目41>前記熱反射性シールドは前記作製面に対して傾斜した表面を有し、前記熱シールドの傾斜した表面の長さの前記サファイアシートの幅に対する比が約2:1未満である、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目42>前記熱反射性シールドは、前記第1の領域から横方向に放射される熱のかなりの部分がより低温度の領域へ向けて反射されるように位置づけられている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目43>前記熱反射性シールドは前記第1の領域に隣接して配置されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目44>前記第1の温度勾配は少なくとも約1度/mmである、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目45>前記第1の温度勾配は前記作製面に沿って少なくとも約3cmの距離に亘って延在する、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目46>前記第1の温度勾配に隣接する第2の温度勾配をさらに含み、前記第2の温度勾配は前記ダイ開口部から前記第1の温度勾配よりもさらに離隔しており、前記第2の温度勾配は前記第1の温度勾配未満である、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目47>前記装置は、少なくとも1インチの幅を有する開口部を持つダイを支持するようにさらに構成されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目48>前記装置は、少なくとも0.1mmの厚さを有する開口部を持つダイを支持するようにさらに構成されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目49>前記装置は、サファイアシートの平均厚さの前記ダイ開口部の厚さに対する比が全幅を横断して且つ少なくとも10cmの長さに亘って少なくとも約0.95:1であるサファイアシートを成長させるように構成されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
<項目50>前記装置は、サファイアシートの主面に略垂直なA軸配向を有するサファイアシートを成長させるように構成されている、先行項目のいずれかに記載の装置または方法。
本明細書中に記載する概念を実施例においてさらに説明するが、実施例は請求項に記載する本発明の範囲を限定するものではない。実施例は、異なる組成を有するシンチレーション結晶の性能を実地に明示する。実施例の節に開示する数値は、便宜的に、複数の指示値から平均したもの、概算したもの、または丸めたものである場合がある。
Saint−Gobainから入手可能なEFG成長装置14.0 system EFG growth machineの中で、A面サファイアブランクの6つのリボンを成長させた。3つのランは垂直に配向したシールドを用いて製造し、3つのランは水平面に対して83°の角度を有するシールドを使用して製造した。次いで、ドロップ計を用いて、最大低スポットの厚さを見分けて測定した。結果を以下の表1に示す。
表1に示すように、目視検査のよると、例3,4、および5は改善された寸法安定性を示した。この改善された寸法安定性を、最大低スポットの厚さを測定することにより、さらに数量化した。ここに示すように、例3,4、および5は、例C1、C2、およびC6と比べて改善された最大低スポットの厚さを示した。
図3は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例C1で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、サファイアシートの端部に低領域(low areas)を有する。
図4は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例C2で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、サファイアシートの端部に低スポットを有する。
図5は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例3で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、低スポットが少ないかまたは無い、非常に良好な寸法制御を有する。
図6は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例4で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、不十全が少ないかまたは無い、非常に良好な寸法制御を有する。
図7は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例5で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、不十全が少ないかまたは無い、非常に良好な寸法制御を有する。
図8は、シートの長さを見るためにグラフ用紙片の上に置いた、例C6で成長させたA面サファイアブランクの写真を示す。見るとわかるように、このサファイアブランクは、ブランクのいたる所に激しい「ネコひっかき傷様(“cat scratch”)」低スポットを有する。
なお、以上の一般的な説明または実施例で説明した活動の全てが必要なのではなく、特定の活動の一部は必要ではない場合があり、また、ひとつまたは2つ以上のさらなる活動を上記の活動に加えて行ってもよい。さらに、活動をリストアップした順序は、それらの活動を行う順序では必ずしもない。
本明細書中で平明化のために別々の実施態様の文脈において説明したある特定の特徴は、組み合わせて単一の実施態様において提供されてもよい。逆に、簡潔化のために単一の実施態様の文脈において説明した様々な特徴は、別々にまたは任意のサブ組合せで提供されてもよい。さらに、範囲の形で記述した値への言及は、その範囲内の各値いずれをも含む。
便益、他の利点、および問題解決策は、具体的な実施態様に関連して上述した。しかし、何らかの便益、利点、あるいは解決策を生じさせるかまたはより際立たせる場合があるこれら便益、利点、または問題解決策は、請求項のいずれかあるいは全ての不可欠な、必要な、または肝要な特徴と解釈すべきではない。
本明細書中で説明した実施態様の詳記および例解は、様々な実施態様の構造の一般的な理解を提供することを目指している。この詳記および例解は、本明細書中で説明した構造または方法を用いる装置またはシステムの全ての要素および特徴の、網羅的且つ包括的な記述として役立つことを目指したものではない。別々の実施態様は組合せて単一の実施態様において提供されてもよく、また逆に、簡潔化のために単一の実施態様の文脈において説明した様々な特徴は、別々にまたは任意のサブ組合せで提供されてもよい。さらに、範囲の形で記述した値への言及は、その範囲内の各値いずれをも含む。本明細書を読んだだけで、当業者にとっては、数多くの他の実施態様が明らかとなり得よう。他の実施態様が使用され得、また本明細書から導き出され得、本開示の範囲から逸脱することなく構造的置換、論理的置換、または他の変更を行うことができよう。したがって、本開示は限定的というよりはむしろ説明的なものとしてみなされるべきである。
Claims (15)
- 縁端限定成長(edge−defined film−fed growth)(EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、作製面に対して傾斜した熱反射性シールドを含み、前記熱反射性シールドは反射熱に起因する第1の温度勾配を横方向および鉛直方向で制御するように構成されている装置。
- 縁端限定成長 (EFG)によりサファイアシートを成長させるための装置であって、
ダイと前記ダイの開口部に隣接する第1の領域とに隣接するように配置された熱反射性シールドを含み、
前記熱反射性シールドは前記ダイに対面する第1の表面および前記第1の表面とは反対側の第2の表面を含み、前記熱反射性シールドは前記熱反射性シールドの第1の表面に当たる熱エネルギーをより低温度の領域の方に向けることによって、ダイチップの側面に平行な熱シールドを有する装置と比較して、前記ダイの上方の第1の領域における温度勾配を増大させるように構成されている装置。 - ダイの上方でサファイアシートを結晶化することと、
前記ダイに隣接する第1の領域において前記サファイアシートを冷却することとを含み、
冷却することはかなりの量の輻射熱を前記第1の領域から遠ざけるように反射することを含む、
サファイアシートを作製する方法。 - 溶融体設備(melt fixture)にダイ開口部の長手方向軸に略垂直なC軸、A軸、R軸、M軸、N軸、またはS軸配向を有する種結晶で種子付けすることをさらに含み、前記サファイアシートは前記サファイアシートの主面に略垂直な種子付け後配向を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記サファイアシートを冷却することは、前記ダイに隣接して配置されるとともに作製面に対して傾斜するように構成された熱反射性シールドを含むEFG装置を提供することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記熱反射性シールドは前記作製面と約85度以下の角度をなす、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記熱反射性シールドは前記作製面と約35度以上の角度をなす、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記熱反射性シールドは耐火金属を含む、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記熱反射性シールドは前記作製面に対して傾斜した表面を有し、前記熱シールドの傾斜した表面の長さの前記サファイアシートの幅に対する比が約2:1未満である、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記熱反射性シールドは、前記第1の領域から横方向に放射される熱のかなりの部分がより低温度の領域に向けて反射されるように位置づけられる、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記熱反射性シールドは前記第1の領域に隣接して配置される、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記第1の温度勾配は前記作製面に沿って少なくとも約3cmの距離延在する、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記第1の温度勾配に隣接する第2の温度勾配をさらに含み、前記第2の温度勾配は前記ダイ開口部から前記第1の温度勾配よりもさらに離隔しており、前記第2の温度勾配は前記第1の温度勾配未満である、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記装置は、サファイアシートの平均厚さの前記ダイ開口部の厚さに対する比が全幅を横切って少なくとも10cmの長さに亘って少なくとも0.95:1であるサファイアシートを成長させるように構成されている、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
- 前記装置は、サファイアシートの主面に略垂直なA軸配向を有するサファイアシートを成長させるように構成されている、先行請求項のいずれかに記載の装置または方法。
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