JP2809363B2 - Method for producing lithium tetraborate single crystal - Google Patents

Method for producing lithium tetraborate single crystal

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は四ほう酸リチウム単結晶
の製造方法、特にはSAWデバイスの作製に有用とされ
る四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a lithium tetraborate single crystal, and more particularly to a method for producing a lithium tetraborate single crystal which is useful for producing a SAW device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、SAWデバイス用の単結晶材料と
してはタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、
四ほう酸リチウムなどが実用化されており、これらの単
結晶のなかでは四ほう酸リチウムが電気機械結合係数が
比較的大きく、かつデバイスの周辺温度の変動に伴なう
特性変化が非常に小さいことから、コードレス電話器、
自動車電話器に用いられるフィルターに有用な材料とさ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a single crystal material for a SAW device, lithium tantalate, lithium niobate, quartz,
Lithium tetraborate and the like have been put into practical use. Among these single crystals, lithium tetraborate has a relatively large electromechanical coupling coefficient and has very small characteristic change due to fluctuations in the peripheral temperature of the device. , Cordless phones,
It is considered to be a useful material for filters used in automobile telephones.

【0003】そして、この四ほう酸リチウム単結晶は、
一般にチョコラルスキー法もしくはブリッジマン法によ
って融液から成長させ、この単結晶を円柱状に加工し、
さらに一定の結晶面方位を有するウエーハ状に切断し、
研磨した基板の形で各種デバイス用に提供されており、
例えばSAWデバイスはこのようにして製作されたウエ
ーハ基板上に主としてAlからなる電極を形成したの
ち、四角形のチップを切り出すことによって作られてい
るが、このブリッジマン法による四ほう酸リチウム単結
晶の育成例としては小さな直径の種管がついた白金製の
ルツボを用いて、成長速度を 0.3mm/時以下と非常に遅
い速度で成長させるという方法が報告されている(J. C
rytal Growth, 99(1990), 811 参照)。
[0003] This lithium tetraborate single crystal is
In general, it is grown from the melt by the Czochralski method or the Bridgman method, and this single crystal is processed into a cylindrical shape.
Furthermore, it is cut into a wafer with a certain crystal plane orientation,
It is provided for various devices in the form of a polished substrate,
For example, a SAW device is manufactured by forming an electrode mainly made of Al on a wafer substrate manufactured in this manner and then cutting out a square chip. The growth of a lithium tetraborate single crystal by the Bridgman method is performed. As an example, a method has been reported in which a platinum crucible with a small diameter seed tube is used to grow at a very low growth rate of 0.3 mm / hour or less (J. C.).
rytal Growth, 99 (1990), 811).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このブリッジ
マン法で融液原料から四ほう酸リチウム単結晶を 0.5mm
/時以上の速い速度で成長させると、この単結晶に気泡
状の介在物が混入して結晶欠陥が生じ易くなるという問
題点がある。そのため、この気泡状介在物の発生を防止
するという目的において、この原料を灼熱減量が0.01重
量%以下のものとするということが提案されている(特
開昭58-55398号公報参照)が、この方法だけではセル成
長を抑制するには不充分であった。
However, according to the Bridgman method, a single crystal of lithium tetraborate is prepared from the melt raw material by 0.5 mm.
If the single crystal is grown at a rate higher than / h, there is a problem in that inclusions in the form of bubbles are mixed into the single crystal and crystal defects are likely to occur. Therefore, for the purpose of preventing the generation of the cellular inclusions, it has been proposed that the raw material should have a loss on ignition of 0.01% by weight or less (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-55398). This method alone was insufficient to suppress cell growth.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決した四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に関する
ものであり、これはブリッジマン法で融液から四ほう酸
リチウム単結晶を成長させる方法において、結晶の成長
点の温度勾配を35〜70℃/cm、ルツボの移動速度を 0.5
〜 1.2mm/時としてなることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a lithium tetraborate single crystal which has solved the above disadvantages, and a method for growing a lithium tetraborate single crystal from a melt by the Bridgman method. In the above, the temperature gradient at the growth point of the crystal was 35 to 70 ° C./cm, and the moving speed of the crucible was 0.5.
1.21.2 mm / hour.

【0006】すなわち、本発明者らはSAWデバイス用
の四ほう酸リチウム単結晶の成長方法について種々検討
し、結晶の成長点の温度勾配とルツボの移動速度を変化
させ、これらの値と結晶中にみられる気泡状介在物の存
在量との関係を詳細にしらべたところ、結晶の成長点の
温度勾配X℃/cmとし、ルツボの移動速度をYmm/時と
したときに、X、Yの値が図1の斜線部の範囲にあると
きに気泡状介在物の発生が抑制された四ほう酸リチウム
単結晶の得られることを見出して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
That is, the present inventors have studied various methods for growing a lithium tetraborate single crystal for a SAW device, and changed the temperature gradient of the crystal growth point and the moving speed of the crucible to obtain these values and the difference in the crystal. The relationship between the observed abundant inclusions and the abundance was examined in detail. Assuming that the temperature gradient of the crystal growth point was X ° C / cm and the moving speed of the crucible was Ymm / hour, the values of X and Y were determined. Found that a lithium tetraborate single crystal in which the generation of cellular inclusions was suppressed was obtained when was within the range of the hatched portion in FIG. 1 and completed the present invention.
This will be described in more detail below.

【0007】[0007]

【作用】本発明は四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に
関するものであり、これはブリッジマン法で融液から四
ほう酸リチウム単結晶を成長させる方法において、結晶
の成長点の温度勾配を35〜70℃/cm、ルツボの移動速度
を 0.5〜 1.2mm/時とすることを特徴とするものである
が、これによれば気泡状介在物の結晶への混入、クラッ
クの発生を防ぐことができるという有利性が与えられ
る。
The present invention relates to a method for producing a single crystal of lithium tetraborate, which comprises a method of growing a single crystal of lithium tetraborate from a melt by the Bridgman method. C./cm, and the crucible moving speed is 0.5 to 1.2 mm / hour, but according to this, it is possible to prevent the inclusion of bubbles in the crystal and the generation of cracks. Advantages are given.

【0008】本発明による四ほう酸リチウム単結晶の製
造は前記したようにブリッジマン法で行なわれる。この
ブリッジマン法は公知のものであるが、これは例えば図
2に示した装置で行なわれる。図2はブリッジマン法に
よる単結晶成長方法の縦断面図を示したものであり、こ
の電気炉1の中には耐火物であるアルミナシリケート製
のウール状保温材2とカンタル線またはシリコニットか
らなる加熱体で構成されるヒーター部3が高純度アルミ
ナパイプ4の中に収容されており、炭化けい素または石
英製のルツボ台5の上には白金ルツボ6が格納されてい
る。
The production of the lithium tetraborate single crystal according to the present invention is carried out by the Bridgman method as described above. This Bridgman method is known, and is performed, for example, by the apparatus shown in FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a single crystal growth method by the Bridgman method. The electric furnace 1 is made of a wool-like heat insulating material 2 made of alumina silicate, which is a refractory, and a kantalum wire or a silicon knit. A heater section 3 composed of a heating element is housed in a high-purity alumina pipe 4, and a platinum crucible 6 is stored on a crucible table 5 made of silicon carbide or quartz.

【0009】この装置による四ほう酸リチウム単結晶の
製造は、白金ルツボ6の中に原料としての四ほう酸リチ
ウム多結晶体の所定量を仕込み、これをヒーター部3で
920〜 980℃に加熱して溶融するのであるが、この四ほ
う酸リチウム多結晶体はできるだけ高純度のものとする
ことがよいので通常は純度 99.95%以上のものとされ、
これは予じめ育成した単結晶を原料としたものであって
もよい。
In the production of a single crystal of lithium tetraborate by this apparatus, a predetermined amount of a polycrystal of lithium tetraborate as a raw material is charged into a platinum crucible 6, and this is heated by a heater unit 3.
It is heated to 920 to 980 ° C and melted. However, since the lithium tetraborate polycrystal is preferably as pure as possible, it is usually made to have a purity of 99.95% or more.
This may be a single crystal grown in advance as a raw material.

【0010】この白金ルツボ6で溶融された融体は種管
部7に格納されている種結晶8の方位にしたがってルツ
ボ6の中で単結晶とされるのであるが、この成長は白金
ルツボ6を支えているルツボ台5を上下動駆動装置9で
下げることによって行なわれる。しかし、この際気泡状
の介在物の発生を抑えるためには融液と結晶との境界層
の厚さをできるだけ薄くすることが必要とされるのであ
るが、この結晶の成長点の温度勾配とルツボの移動速度
を種々に変化させてこのときの気泡状介在物の発生状態
をしらべたところ、図1に示したような結果が得られ
た。
The melt melted in the platinum crucible 6 is converted into a single crystal in the crucible 6 in accordance with the orientation of the seed crystal 8 stored in the seed tube 7. Is carried out by lowering the crucible table 5 supporting the cradle with the vertical drive unit 9. However, in this case, it is necessary to reduce the thickness of the boundary layer between the melt and the crystal as much as possible in order to suppress the generation of bubble-like inclusions. When the moving state of the crucible was variously changed and the state of generation of the cellular inclusions at this time was examined, the result shown in FIG. 1 was obtained.

【0011】すなわち、図1に示したようにブリッジマ
ン法で融液から四ほう酸リチウム単結晶を成長させると
きに、この結晶の成長点の温度勾配を20℃から80℃まで
変化させ、ルツボの移動速度を 0.5mm/時から 2.0mm/
時まで変化させてそのときの気泡状介在物の発生および
クラックの有無をしらべたところ図1に示したとおりの
結果が得られ、この温度勾配については35℃/cmより低
い温度では気泡の取り込みが多くなって結晶の品質が低
下するし、70℃/cm以上とすると結晶中に熱歪が残留し
てクラックが生じ、このルツボ移動速度についてはこれ
を 0.5mm/時より遅くすると生産性が落ちてコストアッ
プとなり、 1.2mm/時より速くすると気泡が充分に抜け
なくなるので、これについては温度勾配を35〜70℃/c
m、ルツボ移動速度については 0.5〜 1.2mm/時の範囲
とすることがよいということが確認された。
That is, as shown in FIG. 1, when a lithium tetraborate single crystal is grown from a melt by the Bridgman method, the temperature gradient at the growth point of this crystal is changed from 20 ° C. to 80 ° C. Movement speed from 0.5mm / hour to 2.0mm /
The results as shown in FIG. 1 were obtained by examining the occurrence of bubbles and the presence or absence of cracks at that time. The temperature gradient was as follows. When the temperature is 70 ° C / cm or higher, thermal strain remains in the crystal and cracks occur. When the crucible moving speed is slower than 0.5 mm / h, productivity is reduced. If the speed is higher than 1.2 mm / h, bubbles will not be able to escape sufficiently, so the temperature gradient should be 35-70 ° C / c.
It has been confirmed that the crucible moving speed is preferably in the range of 0.5 to 1.2 mm / hour.

【0012】[0012]

【実施例】つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例1〜6、比較例1〜5 所定のモル比で調合された純度4Nの四ほう酸リチウム
多結晶体を秤量したのち約 500℃で仮焼し、ブリッジマ
ン用の直径50mm、長さ 100mmの白金ルツボに500g入れ、
直径5mm、長さ50mmでその方位が <110>である四ほう酸
リチウム単結晶を種管に挿入し、種を溶かさないように
920℃以上で原料を溶解した。
Next, examples of the present invention will be described. Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 5 A 4N-purity lithium tetraborate polycrystal prepared at a predetermined molar ratio was weighed and calcined at about 500 ° C., for a Bridgman diameter of 50 mm and a length of 100 mm. 500g in a platinum crucible
Insert a lithium tetraborate single crystal with a diameter of 5mm, a length of 50mm and an orientation of <110> into the seed tube so as not to dissolve the seed.
The raw materials were dissolved at 920 ° C or higher.

【0013】ついで、マルチゾーンからなる単結晶育成
炉のバイアスの温度を変え、結晶成長点の温度勾配を図
1に示す範囲で変化させると共に、ルツボの降下速度も
図1に示す範囲で変化させ、ルツボの降下速度も図1に
示した範囲で変化させ、ルツボを 100mm移動させて単結
晶を成長させたのち、降温してから白金ルツボを破いて
四ほう酸リチウム単結晶を取り出して、このものにおけ
る気泡状介在物の有無およびクラックの有無をしらべた
ところ、表1に示したとおりの結果が得られた。なお、
ルツボの移動を 0.3mm/時とした場合は遅すぎるために
生産性が悪く、実用的ではなかった。
Next, the temperature of the bias of the multi-zone single crystal growing furnace is changed to change the temperature gradient at the crystal growth point within the range shown in FIG. 1, and also change the crucible descending speed within the range shown in FIG. The crucible descending speed was also changed within the range shown in FIG. 1. After moving the crucible by 100 mm to grow a single crystal, the temperature was lowered and the platinum crucible was broken to take out the lithium tetraborate single crystal. When the presence or absence of cellular inclusions and the presence or absence of cracks were examined, the results shown in Table 1 were obtained. In addition,
When the crucible was moved at 0.3 mm / hour, the productivity was poor because it was too slow, and it was not practical.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明は四ほう酸リチウム単結晶の製造
方法に関するものであり、これは前記したようにブリッ
ジマン法で融液から四ほう酸リチウム単結晶を成長させ
る方法において、結晶の成長点の温度勾配を35°〜70℃
/cm、ルツボの移動速度を 0.5〜 1.2mm/時としてなる
ことを特徴とするものであるが、これによれば気泡状介
在物の混入が防止された四ほう酸リチウム単結晶を得る
ことができるので、SAWデバイスの作成に有用とされ
る四ほう酸単結晶を容易に得ることができるという工業
的な有利性が与えられる。
The present invention relates to a method for producing a lithium tetraborate single crystal, which comprises a method for growing a lithium tetraborate single crystal from a melt by the Bridgman method as described above. 35 ° -70 ° C temperature gradient
/ Cm, and a crucible moving speed of 0.5 to 1.2 mm / hour, which makes it possible to obtain a lithium tetraborate single crystal in which inclusion of cellular inclusions is prevented. Therefore, there is provided an industrial advantage that a tetraborate single crystal useful for producing a SAW device can be easily obtained.

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

【図1】ブリッジマン法による四ほう酸リチウム単結晶
製造時における結晶の作動点の温度範囲、ルツボの移動
速度と気泡状介在物の存在量との関係図を示したもので
ある。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the operating temperature range of a crystal, the moving speed of a crucible, and the abundance of cellular inclusions during the production of a lithium tetraborate single crystal by the Bridgman method.

【図2】ブリッジマン法による四ほう酸リチウム単結晶
製造装置の縦断面図要図を示したものである。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a lithium tetraborate single crystal manufacturing apparatus according to the Bridgman method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……電気炉、 2……保温材、 3……ヒーター部、 4……高純度アルミナパ
イプ、 5……ルツボ台、 6……白金ルツボ、 7……種管部、 8……種結晶、 9……上下動駆動装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric furnace, 2 ... Insulation material, 3 ... Heater part, 4 ... High-purity alumina pipe, 5 ... Crucible stand, 6 ... Platinum crucible, 7 ... Seed tube part, 8 ... Seed crystal , 9 ... vertical drive.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ブリッジマン法で融液から四ほう酸リチウ
ム単結晶を成長させる方法において、結晶の成長点の温
度勾配を35°〜70℃/cmとし、かつルツボの移動速度を
0.5〜 1.2mm/時としてなることを特徴とする四ほう酸
リチウム単結晶の製造方法。
1. A method for growing a lithium tetraborate single crystal from a melt by the Bridgman method, wherein the temperature gradient of the crystal growth point is 35 ° -70 ° C./cm, and the moving speed of the crucible is
A method for producing a lithium tetraborate single crystal, wherein the thickness is 0.5 to 1.2 mm / hour.
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