JP2582434B2 - 方向凝固装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体、有機結晶、セラミックス等の製造に
用いられる方向凝固装置に関する。

（従来の技術） 従来の方向凝固装置の１例が第４図及び第５図に示さ
れている。

第４図において、１は高温炉、２は低温炉、３はカー
トリッジである。

高温炉１及び低温炉２は厚い断熱剤からなり、これら
は互いに隣接して配置されている。カートリッジ３は熱
良導体製のパイプ状をなし、その内部には試料アンプル
４が固定されている。この試料アンプル４内には素材原
料等の試料が封入されている。このカートリッジ３は図
示しない送り装置によって高温炉１及び低温炉２の内部
を白抜矢印方向に徐々に移送され、試料アンプル４は高
温炉１及び低温炉２の内部をこの順に通過する。

高温炉１の内部はヒータ５又は図示しない誘導加熱装
置によって加熱され、試料の融点θｍ以上の一定温度に
維持される。

また、低温炉２の内部はヒータ６又は図示しない誘導
加熱装置によって加熱され、試料の融点θｍ以下の一定
温度に維持される。

しかして、カートリッジ３を徐々に移送すると、試料
は高温炉１内を通過する過程で加熱されることにより融
溶し、低温炉２内を通過する過程で冷却されることによ
り凝固して固化する。

（発明が解決しようとする課題） 良好な結晶を得るためには、試料の凝固面付近におけ
る溶融液内の軸方向温度勾配が極力大きいのが望まし
い。また、単結晶を得るためにも上記温度勾配が大きい
ことが必要である。

然るに、上記従来の装置においては、第５図に示すよ
うに温度分布となり、試料が凝固する位置の付近、即
ち、高温炉１と低温炉２の境界付近の温度勾配Δθ／Δ
ｌを大きくすることができない。

その理由として、（１）高温炉１及び低温炉２の内部
はその端部から熱漏洩があるために炉内温度が均一にな
り難く、特に、その端部の温度低下が著しい。（２）高
温炉１と低温炉２との境界付近ではそれぞれの断熱材が
かなりの距離を占め、かつ、この断熱材によって断熱さ
れるだけで加熱又は冷却されないので、この部分の温度
勾配が緩やかになる等が挙げられる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上決課題を解決するために発明されたもので
あって、その要旨とするところは、試料が内装されたカ
ートリッジを高温炉及びこれに隣接して配設された低温
炉の内部をこの順に移動させる方向凝固装置において、
上記高温炉及び低温炉の内部にそれぞれ上記カートリッ
ジを囲みこれと伝熱可能なヒートパイプを配設するとと
もに上記高温炉内に配設されたヒートパイプの端とこれ
に対向する上記低温炉内に配設されたヒートパイプの端
との間にこれら端からの熱を上記カートリッジに伝達す
るがこれら端相互間の熱伝導を遮断する方向断熱材を配
設したことを特徴とする方向凝固装置にある。上記カー
トリッジと上記ヒートパイプとの間にこれらと伝熱可能
に熱良導体からなるスリーブを配設することができる。

（作用） 本発明においては、高温炉および低温炉内のカートリ
ッジはそれぞれヒートパイプによって囲まれ、これから
伝熱されるので、カートリッジの移動方向に添う温度分
布が平準化され、ひいては高温炉と低温炉との境界付
近、即ち、試料が凝固する位置付近の温度落差が大きく
なる。

また、高温炉内に配設されたヒートパイプの端からの
温熱及び低温炉内に配設されたヒートパイプの端からの
冷熱をそれぞれ方向断熱材を介して試料が凝固する位置
付近のカートリッジに互いに隣接して伝達できるので、
この付近の温度勾配が大きくなる。

（実施例） 本発明の１実施例が第１図ないし第３図に示されてい
る。

高温炉１の内部にヒートパイプ７が配設され、低温炉
２の内部にヒートパイプ８が配設されている。これらヒ
ートパイプ７、８は中空の環状をなし、ヒートパイプ７
は高温炉１内のカートリッジ３の全域を囲み、ヒートパ
イプは低温炉２内のカートリッジ３の全域を囲んでい
る。ヒートパイプ７及び８内の腔所にはカリウム、リチ
ウム等の作動媒体が封入され、かつ、その内面には第３
図に示すように作動媒体の液を輸送するために金網等か
らなるウイック7a、8aが設けられている。これらヒート
パイプ７、８とカートリッジ３との間にはこれらに密着
するようにグラファイト等の熱良導体からなる断面が環
状のスリーブ９、10が配設されている。そして、ヒート
パイプ７の端とこれに対向するヒートパイプ８の端との
間には方向断熱材11、12が配設されている。

方向断熱材とはある一方向に熱伝導率が低くて断熱製
を示すが、この方向と直角の方向には熱伝導率が高くて
熱良導体となるものを言い、異方性グラファイトからな
るものは熱伝導率の比は1;200位である。

方向断熱材11及び12は第３図に詳細に示すように、ヒ
ートパイプ７、８の端からの熱のカートリッジ３に伝達
するが、これら端相互間の熱伝導率を遮断するように配
置される。即ち、方向断熱材12のように鎖線で示すその
熱伝達方向が傾斜するように配置し、または、方向断熱
材11のようにその熱伝達方向が半径方向になるように配
置し、かつ、そのヒートパイプ７の端面に対向する部分
を斜めに切り欠いてこの切欠部に熱良導部材13を充填し
ても良い。

他の構成は第４図に示す従来のものと同様であり、対
応する部材には同じ符号が付されている。

しかして、ヒータ５、６に通電することによって発生
する熱がカートリッジ３の移動方向に多少むらがあって
もこの熱がヒートパイプ７、８に伝達されてその軸方向
及び周方向に沿って均一に均らされ、しかる後、スリー
ブ９、10を経てカートリッジ３に伝達されるので、高温
炉１内及び低温炉２内のカートリッジ３の移動方向に沿
う温度分布は第２図に示すように、ほぼ均一となる。こ
れと同時にヒートパイプ７の端面から熱良導部材13、方
向断熱材11を経て温熱がカートリッジ３に伝達され、ま
た、ヒートパイプ８の端面から方向断熱材12を経て冷熱
がカートリッジ３に伝達されるので、高温炉１と低温炉
２の境界付近で、カートリッジ３は強制的にしかも互い
に隣接して加熱及び冷却され、この付近の温度勾配Δθ
／Δｌは第２図に示すように極めて大きくなる。

かくして、試料アンプル４内の試料はカートリッジ３
の移動に伴って高温炉１内から低温炉２内に徐々に移動
し、高温炉１内で融点θｍ以上に加熱されることにより
融解し、高温炉１と低温炉２との境界付近でその凝固面
付近における溶融液内の軸方向温度勾配が大きくなり、
ここを通過する過程で急激に冷却されて凝固し、良好な
結晶を生成する。そして、低温炉２内を通過する過程で
冷却されて固化する。

（発明の効果） 本発明においては、高温炉及び低温炉の内部にそれぞ
れカートリッジの全域を囲みこれと伝熱可能なヒートパ
イプを配設したのでカートリッジの軸移動方向に沿う温
度分布が平準化され、ひいては高温炉と低温炉の境界付
近、即ち、試料が凝固する位置付近の温度落差が大きく
なる。

また、高温炉内に配設されたヒートパイプの端とこれ
に対向する低温炉内に配設されたヒートパイプ端との間
にこれら端からの熱をカートリッジに伝達するがこれら
端相互間の熱伝導を遮断する方向断熱材を配設したた
め、高温炉内に配設されたヒートパイプの端からの温熱
と低温炉内に配設されたヒートパイプの端からの冷熱を
それぞれ方向断熱材を介して互いに隣接して試料が凝固
する位置付近のカートリッジに伝達できるので、この付
近の温度勾配を大きくすることができる。カートリッジ
とヒートパイプとの間にこれらと伝熱可能に熱良導体か
らなるスリーブを配設すれば、ヒートパイプからカート
リッジへの伝熱性を向上し、高温炉及び低温炉の均一な
温度を極力そのまま試料に与えることができる。

この結果、試料の凝固面付近における溶融液内の軸方
向温度勾配が大きくなるので良好な結晶を生成すること
ができ、また、単結晶を生成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の１実施例を示し、第１図
は略示的縦断面図、第２図はカートリッジの移動方向に
沿う温度分布を示す線図、第３図は第１図の部分的拡大
断面図である。第４図及び第５図は従来の方向凝固装置
の１例を示し、第４図は略示的縦断面図、第５図はカー
トリッジの移動方向に沿う温度分布を示す線図である。 カートリッジ……３、高温炉……１、低温炉……２、ヒ
ートパイプ……７、８、スリーブ……９、10、方向断熱
材……11、12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料が内装されたカートリッジを高温炉及
   びこれに隣接して配設された低温炉の内部をこの順に移
   動させる方向凝固装置において、上記高温炉及び低温炉
   の内部にそれぞれ上記カートリッジを囲みこれと伝熱可
   能なヒートパイプを配設するとともに上記高温炉内に配
   設されたヒートパイプの端とこれに対向する上記低温炉
   内に配設されたヒートパイプの端との間にこれら端から
   の熱を上記カートリッジに伝達するがこれら端相互間の
   熱伝導を遮断する方向断熱材を配設したことを特徴とす
   る方向凝固装置。
2. 【請求項２】上記カートリッジと上記ヒートパイプとの
   間にこれらと伝熱可能に熱良導体からなるスリーブを配
   設した特徴とする請求項（１）記載の方向凝固装置。