JP3887444B2 - 四ほう酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、四ほう酸リチウムの単結晶の製造方法に関し、特に表面弾性波デバイス用基板材料として有用である四ほう酸リチウムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表面弾性波デバイス用基板材料として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶、四ほう酸リチウムなどが実用化されている。これらの単結晶の中で、四ほう酸リチウムは、電気機械結合係数が比較的大きく、且つ室温で非常に小さい遅延時間の温度係数を有していることから、移動体通信機器のフィルターとして有用な材料とされている。
【０００３】
四ほう酸リチウム単結晶の育成方法としては、垂直ブリッジマン法もしくはチョコラルスキー法により、四ほう酸リチウム単結晶を融液から成長させる方法が従来から知られている。
【０００４】
このうちチョコラルスキー法は、原料をルツボに入れ、加熱融解させ、その融液に種結晶を接触させ、これを回転させながら徐々に引き上げることにより結晶成長を行うもので、垂直ブリッジマン法に比べて成長速度を速くできるという利点があるものの、急激な温度勾配により結晶内に熱歪みが生じたり、炉内のガス対流による温度のゆらぎが原因となって、育成中にクラックが発生しやすく、結晶の歩留まりが低いという欠点があった。
【０００５】
これに対し垂直ブリッジマン法は、温度勾配をもった炉内で融液を入れたルツボを移動し、種結晶を挿入したツルボ先端（下端）より四ほう酸リチウム融液を凝固させるもので、温度勾配が比較的緩やかで、且つ温度のゆらぎが小さいため、チョコラルスキー法に比べ良質の単結晶が得られるという特徴をもっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の垂直ブリッジマン法の場合、育成中に原料の一部が蒸発して組成ズレをおこし、最後に結晶化する部分、すなわちルツボ内の融液の上部がガラス化してしまう。そのため冷却時に、ガラス化した上部と、その下方の結晶化部分との間で熱膨張率の差による熱応力によりクラックが発生し、結晶上部が製品として供し得なくなるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ルツボ内に入れた原料の蒸発を防いでガラス化を防止し、安定して良質な結晶を育成することができる四ほう酸リチウム単結晶の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく、本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、四ほう酸リチウム単結晶の融液より比重が小さく、且つその融液に対して融着しにくい炭素材料で融液の上部表面を覆うことにより、原料の蒸発を防いでガラス化を防止し得、よってクラックが生じず安定して良質な結晶を育成し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、請求項１記載のように、垂直ブリッジマン法もしくは垂直温度勾配凝固法により、ルツボ内の原料から四ほう酸リチウム単結晶を育成する製造方法において、前記ルツボ内の原料の上部表面を炭素材料により覆ったことを特徴とする。
【００１０】
上記炭素材料としては、この種技術分野において通常用いられるもの、例えば、黒鉛、炭素などがあげられる。
また上記炭素材料の使用形態としては、育成中に原料の一部が蒸発することを防止するべく、ルツボ内の原料の上部表面を覆うことができれば、粉末状、バルク状、繊維状の何れであってもよい。
【００１１】
本発明の方法によれば、炭素材料によってルツボ内の原料の上部表面を覆うことで、育成中に該原料の一部が蒸発することを防ぐことができ、且つ、炭素材料は、四ほう酸リチウム単結晶の融液より比重が小さく、且つその融液に対して反応しにくいので、融着しにくく、原料を汚染したり原料に含有される虞れもないので、クラックの無い高品質な四ほう酸リチウムを安定して得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による四ほう酸リチウム単結晶の製造方法の実施の形態を、垂直ブリッジマン法による場合を例にとって、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の製造方法を実施するための装置の一例を示し、図中の符号１はヒータ２が配設された電気炉で、この電気炉１の中には支持台３で支持されたルツボ台４が収容されている。
【００１４】
ルツボ台４は、この種技術分野で通常用いられる耐熱材料からなり、支持台３の上面に固定されている。
ルツボ台４の上面部分には、後述するルツボ５が嵌合状且つ取り出し自在に収容される凹部４ａが形成されている。
【００１５】
ルツボ５は、この種製造方法において従来から用いられるものと同様に、大径状の胴体部５ａと、この胴体部５ａの下方に設けられる小径状の種管５ｂとを備えた形状のもので、前記凹部４ａ内に収容されて、ルツボ台４上に立ち上がるよう支持されている。
ルツボ５の上面開口部は、ルツボ台４と同質材からなる蓋体６で塞がれている。
【００１６】
支持台３の下端には上下動機構７が設けられ、この上下動機構７の作動により、支持台３と一体にルツボ台４およびルツボ５が上下動するように構成されている。
上記支持台３、ルツボ台４、ルツボ５が収容された電気炉１の収容空間１ａの上部開口は、所定の蓋体８で塞がれている。
【００１７】
以下、上記装置を用いた本発明の製造方法による四ほう酸リチウム単結晶の製造について、より具体的な実施例を挙げて説明する。
【００１８】
【実施例】
まず、大気中もしくは不活性雰囲気において所定のモル比で調合された純度４Ｎ（９９．９９ｗｔ％）の四ほう酸リチウム単結晶原料ａを、直径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍに作製した白金製ルツボ５の胴体部５ａに入れ、直径５ｍｍ、長さ１００ｍｍの方位＜１１０＞方位に加工した四ほう酸リチウムの種結晶ｂを、種管５ｂに挿入する。
【００１９】
最後に、炭素材料ｃをルツボ５内に入れ、該炭素材料ｃで、ルツボ５内の四ほう酸リチウム単結晶原料ａの上部表面を覆った。
ここで、炭素材料ｃとしては、黒鉛を、上記胴体部５ａ内に嵌合状且つ取り出し可能に収容される円盤状に成形したものを用いた。
さらにこの原料ａを、種結晶ｂを溶かさないように９２０℃以上で溶解した。
【００２０】
次いで、育成点において温度勾配を２０℃とし、ルツボ降下速度を０．３ｍｍ／時間として、白金製ルツボ５を２００ｍｍ移動させ、単結晶を成長させた後、室温まで冷却した。
【００２１】
さらに白金製ルツボ５を破いて四ほう酸リチウムを取り出し、本発明の方法により製造された実施品を得た。
【００２２】
また、上記炭素材料ｃによりルツボ５内の四ほう酸リチウム単結晶原料ａの上部表面を覆わなかったこと以外は、上記実施例と同様にして単結晶を成長させて、比較品を得た。
【００２３】
このようにして製造した本発明の実施品と、従来の製造方法で製造した上記比較品とのそれぞれについて、クラックの有無を肉眼による観察で調べたところ、本発明実施品はクラックが生じておらず、高品質な四ほう酸リチウムであった。これに対し比較品は、上部にクラックが生じており、その部分は製品として使用不能であることが確認できた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ルツボ内の原料の上部表面を炭素材料により覆って該原料の蒸発を防いでガラス化を防止し、クラックの無い高品質な四ほう酸リチウムを安定して得ることができる。
従って、原料の全てを製品として供し得るので、歩留りの良い四ほう酸リチウム単結晶の製造方法として、この種分野において好適に用いる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る四ほう酸リチウム単結晶の製造方法を実施する装置の一例を示す縦断正面図。
【符号の説明】
１：電気炉
２：ヒータ
３：支持台
４：ルツボ台
５：白金製ルツボ
５ａ：胴体部
５ｂ：種管
ａ：四ほう酸リチウム単結晶原料
ｂ：種結晶
ｃ：炭素材料

Claims (1)

1. 垂直ブリッジマン法もしくは垂直温度勾配凝固法により、ルツボ内の原料から四ほう酸リチウム単結晶を育成する製造方法において、前記ルツボ内の原料の上部表面を炭素材料により覆ったことを特徴とする四ほう酸リチウム単結晶の製造方法。

Images