JP2739556B2 - 圧電性結晶の製造方法 - Google Patents
圧電性結晶の製造方法Info
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Description
法、特に垂直ブリッジマン法や垂直グラディエントフリ
ージング法を用いた圧電性結晶の製造方法に関し、例え
ば弾性表面波装置の基板材料として用いる四硼酸リチウ
ムの大口径結晶の製造に利用して好適な技術に関する。
有し且つ電気機械結合係数の高い結晶方位を有するなど
の優れた特性により、弾性表面波装置用の基板材料とし
て近年注目されている。このような四硼酸リチウム単結
晶の製造は、一般にチョクラルスキー法(回転引上げ
法)やブリッジマン法(引下げ法)により行われてい
る。
率上、製造された結晶から切り出してなる薄板状の基板
の面が素子等を作製する主面となるような面方位に長尺
の結晶を育成することが望ましい。即ち、四硼酸リチウ
ム単結晶から例えば弾性表面波装置用の基板を切り出す
場合には、(110)又は(100)面を主面とする基
板が求められており、従って〈110〉又は〈100〉
方向に種結晶を引き上げて結晶を育成することが望まれ
ている。また、弾性表面波装置の生産性を向上させ、基
板コストを低減させるため、直径3インチ以上の大口径
の基板が必要とされており、従って直胴部の直径が3イ
ンチ以上の結晶を育成することが望まれている。
チョクラルスキー法や従来のブリッジマン法により、直
径3インチ以上の大口径の四硼酸リチウム結晶を〈11
0〉又は〈100〉方向に育成することは、種々の原因
から困難であった。最も顕著な原因の一つとして、結晶
育成中に結晶に異常成長稜が発生し、結晶に割れ(以
下、「クラック」とする。)が生じるという現象があ
る。
たもので、その目的は、結晶育成中における異常成長稜
およびクラックの発生を抑制し、以て弾性表面波装置用
の基板の製造に好適な大口径の結晶の製造を可能ならし
める圧電性結晶、特に四硼酸リチウム結晶の製造方法を
提供することにある。
め、本発明者は、上述した結晶育成中における異常成長
稜の発生原因を明らかにすべく、その発生メカニズムを
詳細に検討したところ、以下のような知見を得た。即
ち、結晶育成中の異常成長稜は種結晶の〈001〉方向
側に多く発生し、その逆の側である
場合の成長稜の様子を図1に示すが、同図に示すように
種結晶2側から育成された結晶1を見た場合、8本の成
長稜3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3h
が現れる。それらのうち、〈001〉方向側である
する。他方、逆の側である
発生することはない。
3e,3f,3g,3hは、液相−固相−気相が共存す
る点から発生しているので、種結晶の〈001〉方向側
をなくすようにして結晶を成長させれば異常成長稜の発
生を防ぐことができると発明者は考えた。即ち、結晶群
4mmに属す四硼酸リチウム結晶は、〈001〉方向側
が反転して(001)および、
とで異常成長稜の発生を防ぐことができる。
たもので、圧電性結晶原料を加熱炉内で融解し、その融
解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前記原料融液
に対する前記加熱炉のヒータを前記種結晶の位置から前
記原料融液側に相対的に変位させて、同原料融液を前記
種結晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直ブリ
ッジマン法、或は、圧電性結晶原料を加熱炉内で融解
し、その融解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前
記加熱炉のヒータの出力を調整して前記種結晶から離れ
るにしたがって前記原料融液の温度が高くなるような温
度勾配を設けながら徐々に冷却して、前記原料融液を前
記種結晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直グ
ラディエントフリージング法、により圧電性結晶を育成
するにあたって、前記種結晶として、圧電分極軸の正で
ある方位の面を露出してなる複数の圧電性単結晶をその
圧電分極軸の正である方位の面同士を合わせた状態で一
体化してなる種結晶を用いるとともに、該種結晶の融解
位置を、育成結晶の成長とともに前記種結晶の圧電分極
軸の正である方位の面同士を合わせてなる合わせ面から
成長してなる双晶面が育成結晶外に抜けないような範囲
とすることを特徴とする圧電性結晶の製造方法を提供す
るものである。
ラディエントフリージング法、により圧電性結晶を育成
するにあたって、種結晶として、双晶を含み且つ圧電分
極軸の正である方位の面が露出していない種結晶を用い
るとともに、該種結晶の融解位置を、育成結晶の成長と
ともに前記種結晶の双晶面から成長してなる双晶面が育
成結晶外に抜けないような範囲とすることを特徴とする
圧電性結晶の製造方法を提供するものである。
ウム結晶が挙げられ、その圧電分極軸の正である方位の
面は(001)面である。なお、複数の圧電性単結晶を
その圧電分極軸の正である方位の面同士を合わせる場合
には、その合わせ面は(001)面から5度程度ずれて
いてもよいし、結晶成長方向は、〈110〉方向に限ら
ず、〈100〉方向などのように、〈001〉方向に略
直交する方向でもよいし、それらの方向(〈110〉方
向や〈100〉方向など)から5度程度ずれていてもよ
い。
結晶の成長とともに前記種結晶の合わせ面又は双晶面か
ら成長してなる双晶面が育成結晶外に抜けないような範
囲とは、例えば種結晶保持部の内径が7mmの場合には種
結晶保持部の上端から25mm程度下方に至るまでの範囲
である。その理由は、本発明者が実験を行ったところ、
育成結晶中に新たに成長した双晶面は水平方向に対して
平均81〜82゜程度の角度をなして傾いており、例え
ば種結晶保持部の内径が7mmの場合には種結晶の融解長
さが23〜25mmを超えると、成長した双晶面が種結晶
保持部において23〜25mm成長した所で結晶外に抜け
てしまうという結果が得られたからである。
たに成長してなる双晶面とは、原子の配列がある特定の
面を境にして鏡影の関係をなしている場合のその「特定
の面」を意味する狭義の「双晶面」ではなく、ある境界
を境にして結晶方位が反転している場合のその「境界」
のことを意味する。
直グラディエントフリージング法を採用し、複数の圧電
性単結晶を圧電分極軸の正である方位の面同士を合わせ
た状態で一体化してなる種結晶、或は双晶を含み且つ圧
電分極軸の正である方位の面が露出していない種結晶を
用いているため、種結晶の外側面に圧電分極軸の正であ
る方位の面が露出していないので、異常成長稜の発生及
びそれにより惹き起こされるクラックの発生を防止する
ことができる。従って、大口径の圧電性結晶、特に四硼
酸リチウム結晶を歩留りよく製造することが可能とな
る。
長とともに種結晶の合わせ面又は双晶面から成長してな
る新たな双晶面が育成結晶外に抜けないような範囲とす
ることによって、新たな双晶面が種結晶から育成結晶に
伝搬し、結晶の製造歩留りが向上する。
が、この双晶の境界部分(即ち、広義の「双晶面」)以
外では単結晶と全く同様の特性を示すので、弾性表面波
装置の圧電特性には何ら影響を及ぼすことはなく、弾性
表面波装置用の基板として好適な大口径の圧電性結晶、
特に四硼酸リチウム結晶を安定に製造することが可能と
なる。
て、本発明に係る圧電性結晶の製造方法の特徴とすると
ころを明らかにする。なお、実施例及び比較例において
は、直胴部の直径が3インチの四硼酸リチウム結晶を垂
直ブリッジマン法により〈110〉方向に育成した。ま
た、その際、以下のようにして作製した種結晶を用い
た。
に、種結晶の作製工程を図2に基づいて説明する。先
ず、〈110〉方向に50mm、〈001〉方向に2.4
mm、それら両方向に直交する方向に4.7mmの細長い四
硼酸リチウム単結晶2a,2bを用意した(図2
(a))。次いで、それら単結晶2a,2bのそれぞれ
の(001)面を対向するように貼り合わせ、白金線4
で固定して種結晶2cとした(図2(b))。この種結
晶2cでは、(001)面は種結晶2cの外周部分には
露出していない。なお、この(001)面は、エッチピ
ットの形状により容易に確認できる。また、種結晶保持
部と種結晶の隙間には、原料粉を詰め、上部から融液が
隙間を伝って落ちてこないようにしている。
99.99%)よりなる原料を、表面をグラッシーカー
ボンでコートしたカーボン製るつぼに充填し、それを抵
抗加熱炉で加熱して前記原料を融解した。また、るつぼ
の下部に上記種結晶2cを保持させて原料融液と接触さ
せ、平均温度勾配を15℃/cm、るつぼの回転速度を0
rpm、図3に示すように種結晶2cを融解する距離(種
結晶保持部の上端から種結晶2cの融解位置までの長
さ)hを7mmとし、るつぼを引下げ速度0.3mm/時で
鉛直方向に引き下げて、直胴部の直径が3インチで長さ
が150mmの四硼酸リチウム結晶100を育成した。育
成後、得られた結晶100を20℃/時で冷却した。そ
の際、種結晶2cを融解する距離hの調整については、
抵抗加熱炉内におけるるつぼの位置または炉の設定温度
を適宜調整することにより行った。
果、全ての結晶において、異常成長稜及びクラックは発
生しなかった。また、図3に示すように、種結晶2cの
合わせ面2dから新たに成長した双晶面100aが、種
結晶保持部において結晶外に抜けずに、得られた結晶1
00の上端にまで達していた。そして、その結晶100
は、(001)面と
の境界部分)以外では単結晶基板と全く同等の特性を有
していた。
する距離hを30mmとして結晶を育成した。その他の条
件は上記実施例と同じであった。結晶育成を3回行った
結果、何れも図4に示すように、種結晶2cの合わせ面
2dから新たに成長した双晶面110aは種結晶保持部
において結晶外に抜けてしまっていた。そして、得られ
た3本の結晶110には異常成長稜が発生しており、育
成中にクラックが生じてしまった。
を垂直ブリッジマン法により育成するにあたり、外周部
分に(001)面が露出していない種結晶2cを用い、
種結晶2cを融解する距離hを調整して種結晶2cの融
解位置を、種結晶2cの合わせ面2dから成長してなる
新たな双晶面100aが育成結晶100外に抜けないよ
うな範囲とすることが極めて有効であることがわかっ
た。
酸リチウム単結晶2a,2bで種結晶2cを構成してい
るが、圧電分極軸の正である方位の面同士を合わせる
か、或は圧電分極軸の正である方位の面が露出しなけれ
ば、種結晶として用いる四硼酸リチウム単結晶は1本で
もよいし3本以上でもよい。そして、例えば、斜めに切
った単結晶同士を貼り合わせたり、それ以外の別の形状
の単結晶同士を貼り合わせてもよく、その貼り合わせ方
法も、熱処理による接合や無機系接着剤などの使用によ
る接合など、如何なる方法も適用可能である。或は、双
晶を含み且つ圧電分極軸の正である方位の面が露出して
いない結晶を種結晶として用いることも可能である。
ウム結晶100を〈110〉方向に成長させているが、
その方向に限らず、成長方向が〈100〉方向などのよ
うに、〈001〉方向に略直交する方向やそれらの方向
から5度程度ずれていても、同様の効果、即ち異常成長
稜及びクラックの発生が防止されるとともに、双晶面1
00a以外では単結晶基板と全く同等の特性を有すると
いう効果が得られる。
例により何等制限されるものではなく、平均温度勾配は
クラック防止のため10〜25℃/cmの範囲、るつぼの
引下げ速度は気泡の発生を防止するため0.1〜1mm/
時の範囲、るつぼの回転速度は0〜10rpmの範囲、種
結晶2cから育成結晶の肩部にかけての広がり角度は9
0〜170度の範囲、育成終了後の結晶100の室温ま
での冷却速度は10〜30℃/時の範囲、で夫々適宜選
択することができる。
マン法を採用したが、原料融液と種結晶とを接触させ、
原料融液を冷却して種結晶の接触部位から固化させると
いう点で垂直ブリッジマン法と原理的に共通な垂直グラ
ディエントフリージング法においても、本発明を適用す
ることにより同様の効果、即ち異常成長稜及びクラック
の発生が防止されるとともに、双晶面以外では単結晶基
板と全く同等の特性を有するという効果が得られる。
育成に限らず、垂直ブリッジマン法や垂直グラディエン
トフリージング法により結晶を育成する際に、結晶育成
中に異常成長稜が発生し得る圧電性結晶の育成に適用可
能である。その場合には、その育成結晶において異常成
長稜が多発する方向を特定し、その方向の面が露出して
いないような種結晶を用いればよい。
は垂直グラディエントフリージング法を採用し、複数の
圧電性単結晶を圧電分極軸の正である方位の面同士を合
わせた状態で一体化してなる種結晶、或は双晶を含み且
つ圧電分極軸の正である方位の面が露出していない種結
晶を用い、さらに種結晶の融解位置を、育成結晶の成長
とともに種結晶の合わせ面又は双晶面から成長してなる
新たな双晶面が育成結晶外に抜けないような範囲として
いるため、種結晶の外側面に圧電分極軸の正である方位
の面が露出せず、しかも新たな双晶面が種結晶から育成
結晶に伝搬するので、異常成長稜の発生及びそれにより
惹き起こされるクラックの発生を防止することができ
る。従って、大口径の圧電性結晶、特に四硼酸リチウム
結晶を歩留りよく製造することが可能となる。
長稜を説明するための図である。
るための図である。
図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 圧電性結晶原料を加熱炉内で融解し、そ
の融解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前記原料
融液に対する前記加熱炉のヒータを前記種結晶の位置か
ら前記原料融液側に相対的に変位させて、同原料融液を
前記種結晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直
ブリッジマン法により圧電性結晶を育成するにあたっ
て、前記種結晶として、圧電分極軸の正である方位の面
を露出してなる複数の圧電性単結晶をその圧電分極軸の
正である方位の面同士を合わせた状態で一体化してなる
種結晶を用いるとともに、該種結晶の融解位置を、育成
結晶の成長とともに前記種結晶の圧電分極軸の正である
方位の面同士を合わせてなる合わせ面から成長してなる
双晶面が育成結晶外に抜けないような範囲とすることを
特徴とする圧電性結晶の製造方法。 - 【請求項2】 圧電性結晶原料を加熱炉内で融解し、そ
の融解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前記原料
融液に対する前記加熱炉のヒータを前記種結晶の位置か
ら前記原料融液側に相対的に変位させて、同原料融液を
前記種結晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直
ブリッジマン法により圧電性結晶を育成するにあたっ
て、前記種結晶として、双晶を含み且つ圧電分極軸の正
である方位の面が露出していない種結晶を用いるととも
に、該種結晶の融解位置を、育成結晶の成長とともに前
記種結晶の双晶面から成長してなる双晶面が育成結晶外
に抜けないような範囲とすることを特徴とする圧電性結
晶の製造方法。 - 【請求項3】 圧電性結晶原料を加熱炉内で融解し、そ
の融解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前記加熱
炉のヒータの出力を調整して前記種結晶から離れるにし
たがって前記原料融液の温度が高くなるような温度勾配
を設けながら徐々に冷却して、前記原料融液を前記種結
晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直グラディ
エントフリージング法により圧電性結晶を育成するにあ
たって、前記種結晶として、圧電分極軸の正である方位
の面を露出してなる複数の圧電性単結晶をその圧電分極
軸の正である方位の面同士を合わせた状態で一体化して
なる種結晶を用いるとともに、該種結晶の融解位置を、
育成結晶の成長とともに前記種結晶の圧電分極軸の正で
ある方位の面同士を合わせてなる合わせ面から成長して
なる双晶面が育成結晶外に抜けないような範囲とするこ
とを特徴とする圧電性結晶の製造方法。 - 【請求項4】 圧電性結晶原料を加熱炉内で融解し、そ
の融解してなる原料融液を種結晶に接触させ、前記加熱
炉のヒータの出力を調整して前記種結晶から離れるにし
たがって前記原料融液の温度が高くなるような温度勾配
を設けながら徐々に冷却して、前記原料融液を前記種結
晶との接触部位から垂直方向に固化させる垂直グラディ
エントフリージング法により圧電性結晶を育成するにあ
たって、前記種結晶として、双晶を含み且つ圧電分極軸
の正である方位の面が露出していない種結晶を用いると
ともに、該種結晶の融解位置を、育成結晶の成長ととも
に前記種結晶の双晶面から成長してなる双晶面が育成結
晶外に抜けないような範囲とすることを特徴とする圧電
性結晶の製造方法。 - 【請求項5】 上記圧電性結晶が四硼酸リチウム結晶で
あり、且つ上記圧電分極軸の正である方位の面が(00
1)面であることを特徴とする請求項1、2、3又は4
記載の圧電性結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4155094A JP2739556B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 圧電性結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4155094A JP2739556B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 圧電性結晶の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07247193A JPH07247193A (ja) | 1995-09-26 |
JP2739556B2 true JP2739556B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=12611544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4155094A Expired - Fee Related JP2739556B2 (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 圧電性結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2739556B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5975507B2 (ja) * | 2011-10-18 | 2016-08-23 | 国立大学法人東北大学 | 常誘電体周期双晶結晶の製造方法 |
JP6053018B2 (ja) * | 2013-04-30 | 2016-12-27 | 日本電信電話株式会社 | 結晶成長方法 |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP4155094A patent/JP2739556B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH07247193A (ja) | 1995-09-26 |
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