JP3206427B2 - 焦電センサの製造方法及び焦電センサの製造装置 - Google Patents

焦電センサの製造方法及び焦電センサの製造装置

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JP3206427B2 JP08514296A JP8514296A JP3206427B2 JP 3206427 B2 JP3206427 B2 JP 3206427B2 JP 08514296 A JP08514296 A JP 08514296A JP 8514296 A JP8514296 A JP 8514296A JP 3206427 B2 JP3206427 B2 JP 3206427B2
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    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は焦電センサの製造方
法及び焦電センサの製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線等の光パワーを検出するセンサと
してはTGS(Tri-Glycine Sulfate)系単結晶を用いた
高感度の焦電センサがある。このTGS系単結晶におい
ては結晶特性を改善・向上させるためにアミノ酸、金属
イオンあるいは他種の酸等をドープすることが行われて
いる。
【0003】例えば、アミノ酸をドープすると素子が内
部電界を持ち、自発分極が安定になるとともに比誘電体
が小さくなり、金属イオンのドープによっても比誘電体
が小さくなる。また弗化ベリリウム酸やリン酸をドープ
することによってキュリー温度を制御することができ
る。
【0004】このような不純物ドープのTGS系単結晶
は、一般に、結晶となるべき成分(原料)と不純物を含
む溶液からの成長によって作製されている。また、この
種の結晶成長では、結晶成長時に温度降下速度あるいは
原料供給速度などを一定として溶液の過飽和度を一定に
保つといった制御が従来行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、TGS系単
結晶の成長においては、目的とする結晶方位(焦電セン
サでは一般にb軸方向)に単結晶を成長させるのが一般
的で、その成長方向における結晶特性の均一性が焦電セ
ンサを作製する上で重要なポイントとなる。
【0006】しかし、従来の成長方法では、成長方向の
結晶特性(内部電界等)が不均一になることが多く、こ
のため焦電センサを製作するにあたり、結晶内の使用可
能な領域が少なくなり、結果として歩留りが悪くなると
いう問題があった。
【0007】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、成長方向の特性が均一なTGS系単結晶を得る
ことができ、もって焦電センサの歩留りを向上させるこ
とのできる方法と、このような方法を実施するのに適し
た装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】まず、従来の成長方法に
おいて、成長方向の結晶特性が不均一になるのは、結晶
成長時に溶液の過飽和度を一定に制御していることか
ら、目的とする結晶軸方向(b軸方向)の成長速度が一
定にならず、そのため不純物のドープ量が均一にならな
いことに起因すると考えられる。
【0009】そこで、本発明では、TGS系単結晶を溶
液中で成長させるときに、結晶の特定軸方向への成長速
度を測定し、その測定値に基づいて溶液の過飽和度を制
御して、結晶の特定軸方向の成長速度を所定の範囲内に
保つといった方法を採用することで、TGS系単結晶の
特定軸方向(b軸方向)における不純物のドープ量を均
一にすることにより所期の目的を達成する。
【0010】また、このような方法を実施するのに適し
た装置は、例えば図1に示すようにTGS系単結晶Cを
成長する溶液Lを収容する恒温槽1と、この恒温槽1内
での結晶成長時に、結晶Cの特定軸方向の成長速度を測
定する手段(レーザ光源3a及びCCDセンサ3b等)
と、その測定値に基づいて、結晶の特定軸方向の成長速
度が所定の範囲内に入るように恒温槽内の溶液Lの過飽
和度をフィードバック制御する手段(徐冷制御手段4)
を備えた構成とすればよい。
【0011】ここで、本発明において、結晶成長時に特
定軸(b軸)の成長速度は、結晶に不純物が均一にドー
プされること、また成長速度が遅すぎると良質な結晶が
得られない等の点を考慮すると、 0.6mm/day〜1.5mm/da
y が適当で、好ましくは 1.0mm/day〜1.2mm/day が良
い。
【0012】また、溶液の過飽和度を制御する方法とし
ては、溶液の温度降下速度を調整する溶液徐冷方式、ま
たは、結晶成長を行う溶液よりも高い濃度の溶液を足し
てゆく原料供給方式が挙げられる。
【0013】その溶液徐冷方式を採用する場合、結晶の
成長速度が上記した規定値よりも大きいときには温度降
下速度を小さくし、逆に成長速度が規定値よりも小さい
ときには温度降下速度を大きくするような制御を行えば
よい。
【0014】一方、原料供給方式を採用する場合、成長
速度が規定値よりも大きいときには原料供給速度を大き
くするか原料供給量を多くし、成長速度が規定値よりも
小さいときには原料供給速度を小さくするか原料供給量
を少なくするといった制御を行えばよい。
【0015】なお、本発明は、結晶のb軸方向への成長
の場合に限られることなく、結晶のa軸方向またはc軸
方向への成長の際にも適用可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。まず、この実施の形態は、図1
に示すように、結晶となるべき成分及びアミノ酸等の不
純物を含んだ溶液Lを恒温槽1内に入れ、その溶液L中
でTGS系単結晶Cの成長を行う結晶成長装置を使用し
て焦電センサを製造する場合の例を示している。
【0017】この図1に示す装置において、結晶成長
は、図2(A),(B) に示すように、目的の結晶方位(b
軸)の種結晶C′を支持部材2の下端に装着して槽内の
溶液L中に浸し、その種結晶C′を基にしてTGS系単
結晶Cをb軸方向つまり恒温槽1の下方向へと成長させ
るという操作によって行われる。そして、このような結
晶成長で作製したTGS系単結晶に所定の加工、例えば
結晶からのセンサ素子の切り出し・電極形成等の加工を
行うことによって焦電センサを得ることができる。
【0018】さて、この実施の形態では、図1に示すよ
うに成長速度測定手段3及び徐冷制御手段4を設け、溶
液徐冷方式に基づく制御により、単結晶Cのb軸方向の
成長速度を所定の範囲内に保つようにしたところに特徴
がある。
【0019】成長速度測定手段3は、恒温槽1内で成長
する結晶Cに平行レーザ光を照射するレーザ光源3a
と、恒温槽1を挟んでレーザ光源3aと対向する位置に
配置されるCCDセンサ3bなどを備え、レーザ光源3
aから出力された平行レーザ光のうち、成長結晶Cで遮
られた部分の大きさ、つまり成長結晶Cのb軸方向の長
さをCCDセンサ3bで検出し、その成長結晶Cの長さ
の単位時間(day) あたりの変化を求めるように構成され
ている。なお、この測定系において、レーザ光源3aか
らCCDセンサ3bへの平行レーザ光の進行を妨げない
ため、恒温槽1の壁体の一部もしくは全部は透明材料で
構成されていることは言うまでもない。
【0020】そして、徐冷制御手段4は、成長速度測定
手段3の測定値を採り込み、その測定値に基づいて、結
晶の成長速度が規定範囲(0.6mm/day〜1.5mm/day)の範囲
内に入るように、恒温槽1内の溶液Lの温度降下速度を
フィードバック制御する。
【0021】その制御は、成長速度が規定範囲の上限値
よりも大きいときには温度降下速度を小さくし、逆に成
長速度が規定範囲の下限値よりも小さいときには温度降
下速度を大きくするといった動作で行われ、このような
制御によって恒温槽1内での結晶成長の速度を一定に保
つことができる結果、成長方向の特性が均一なTGS系
単結晶を得ることができる。
【0022】その具体的な実施例を述べると、図1の結
晶成長装置を使用し、TGS系単結晶にアミノ酸Lアラ
ニンをドープした結晶を、b軸方向の成長速度を 0.8mm
/day〜1.2mm/day の値に保った状態で成長させたとこ
ろ、均一な内部電界2.5kV/cm〜5kV/cmを持つ単結晶を得
ることができた。
【0023】以上の実施の形態では、溶液徐冷方式によ
る結晶成長の場合の例を示したが、成長方式として原料
供給方式を採用する場合、図3または図4に示すような
形態を採ることによって本発明を実施できる。
【0024】まず、図3の実施の形態では、恒温槽1内
の溶液Lよりも高い濃度の溶液L′を収容する原料供給
槽11と、その供給用のポンプ12及び駆動制御手段1
3を設け、成長速度測定手段3からの測定値に基づいて
ポンプ12の吐出量をフィードバック制御することで、
恒温槽1内への溶液L′の流入量つまり原料供給速度を
調整するようにしている。この例の場合、成長速度が規
定範囲の上限値よりも大きいときには、ポンプ12の吐
出量を大として原料供給速度を大きくし、逆に成長速度
が規定範囲の上限値よりも小さいときには、ポンプ12
の吐出量を小として原料供給速度を小さくするといった
制御を行う。
【0025】一方、図4の実施の形態においては、ポン
プ12の吐出量は一定とし、恒温槽1に供給する溶液
L′の濃度を調整することによって原料の供給量を制御
するようにしている。
【0026】すなわち、図4の実施の形態では、成長速
度測定手段3の測定値に基づいて原料供給槽11内の溶
液L′の温度をフィードバック制御する温度制御手段1
4を設け、成長速度が規定範囲の上限値よりも大きいと
きには、原料供給槽11内の溶液L′の温度を高くし
て、濃度を高めた溶液L′を恒温槽1に供給することで
原料の供給量を多くし、逆に、成長速度が規定範囲の上
限値よりも大きいときには、原料供給槽11内の溶液
L′の温度を低くして原料の供給量を少なくするといっ
た制御を行う。
【0027】なお、本発明で用いる成長速度測定手段と
しては、図1に示したような平行レーザ光をCCDセン
サで捉える方式のほか、例えば読み取り望遠鏡で結晶の
成長を捉える方式、またはCCDカメラ等で結晶成長を
撮影しその画像処理により成長速度を求める方式であっ
てもよい。また、このような光学的な方式に代えて、例
えば超音波を用いた測定法を採用してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
焦電センサに用いるTGS系単結晶を成長する際に、結
晶の成長速度を速度を所定の範囲に保つことで、結晶の
特定軸方向における不純物のドープ量が均一となるよう
にしたから、均一な特性を持つ単結晶を得ることができ
る。これにより、結晶内の使用可能な領域が大きくなる
結果、焦電センサの歩留りが従来に比して向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成図
【図2】TGS系単結晶の成長状態を示す図
【図3】本発明の他の実施の形態の構成図
【図4】本発明の更に別の実施の形態の構成図
【符号の説明】
1 恒温槽 2 支持部材 3 成長速度測定手段 3a レーザ光源 3b CCDセンサ 4 徐冷制御手段 11 原料供給槽 12 供給ポンプ 13 駆動制御手段 14 温度制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 37/02 C30B 7/00 G01J 1/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶液中での結晶成長によりTGS系単結
    晶を作製し、その単結晶から焦電センサを得る方法にお
    いて、TGS系単結晶を溶液中で成長させるときに、結
    晶の特定軸方向への成長速度を測定し、その測定値に基
    づいて溶液の過飽和度を制御して結晶の特定軸方向の成
    長速度を所定の範囲内に保つことを特徴とする焦電セン
    サの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記TGS系単結晶の成長において、目
    的の結晶方位における成長速度を 0.6mm/day〜1.5mm/da
    y の範囲に保つことを特徴とする請求項1に記載の焦電
    センサの製造方法。
  3. 【請求項3】 TGS系単結晶の成長に用いる溶液を収
    容する恒温槽と、この恒温槽内での結晶成長時に結晶の
    特定軸方向の成長速度を測定する手段と、その測定値に
    基づいて、結晶の特定軸方向の成長速度が所定の範囲内
    に入るように恒温槽内の溶液の過飽和度をフィードバッ
    ク制御する手段を備えてなる焦電センサの製造装置。
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