JP4579122B2 - Method for producing oxide single crystal and apparatus for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物単結晶の製造方法およびその製造装置に関し、より詳細には、垂直ブリッジマン法、垂直温度勾配凝固法において、原料溶液の温度分布を局所的に制御することにより、高品質結晶を歩留まりよく成長させるための酸化物単結晶の製造方法およびその製造装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and apparatus for producing an oxide single crystal, and more particularly, a vertical Bridgman method, the vertical gradient freeze method, by locally controlling the temperature distribution of the raw material solution, a high quality method of manufacturing an oxide single crystal in order to yield a crystal may grow and its manufacturing apparatus.
従来、酸化物結晶材料の作製方法として、成長容器内の融液を種結晶から徐々に固化させる水平ブリッジマン法、成長容器を垂直に設置して温度勾配を与え、 低温度側に移動させて結晶を固化する垂直ブリッジマン法、成長容器を垂直に固定して温度勾配を変化させて結晶を固化する垂直温度勾配凝固法などが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the oxide crystal material is produced by a horizontal Bridgman method in which the melt in the growth vessel is gradually solidified from the seed crystal, and the growth vessel is placed vertically to give a temperature gradient and moved to the lower temperature side. A vertical Bridgman method for solidifying crystals and a vertical temperature gradient solidification method for solidifying crystals by changing the temperature gradient by fixing the growth vessel vertically are known (for example, see Patent Document 1).
図1を参照して、従来の垂直ブリッジマン法による結晶材料の作製方法について説明する。るつぼ1内に種子結晶4と原料2を配置する。発熱体6により原料2を加熱溶解させて原料溶液2とする。発熱体6の加熱量を調整して、結晶作製炉内を一定の温度勾配曲線5に保持する。るつぼ1を一定速度で低温度側へ移動させることにより、原料溶液2を冷却すると、結晶の成長温度に達した結晶3は、種子結晶4と同じ結晶方位を有する結晶に成長し、増径部成長過程と定径部成長過程とを経て成長結晶3となる。
With reference to FIG. 1, a method for producing a crystal material by a conventional vertical Bridgman method will be described. A seed crystal 4 and a
このとき、成長結晶3は、種子結晶4を核として順次成長するから、種子結晶4の結晶方位を継承し、種子結晶4の結晶方位と同じ結晶方位を有する成長結晶3として成長させることができる。成長結晶3の品質は、成長初期の結晶品質の影響が大きく、初期品質は、種子付け過程における種子結晶4と原料溶液2との固液界面の状態に左右される。従来の方法では、種子付け過程における温度勾配は、原材溶解のための発熱体4の温度制御と、るつぼ1の位置制御により決定されていた。特に、原料溶液と成長結晶との間の固液界面近傍の温度分布を局所的に制御することは行われていなかった。
At this time, since the growth crystal 3 grows sequentially with the seed crystal 4 as a nucleus, it can inherit the crystal orientation of the seed crystal 4 and grow as the growth crystal 3 having the same crystal orientation as the crystal orientation of the seed crystal 4. . The quality of the grown crystal 3 is greatly influenced by the crystal quality at the initial stage of growth, and the initial quality depends on the state of the solid-liquid interface between the seed crystal 4 and the
しかしながら、従来の結晶材料の作製方法では、種子付け過程および増径部成長過程と定径部成長過程における成長速度の制御に、炉内の急峻な温度勾配が必要である。急峻な温度勾配を得るために、複数個の発熱体と保温材を収納する大きな炉体構造が必要であった。また、結晶成長を進行させるためには、るつぼを上下に移動させる機構または発熱体を上下に移動させる機構が必要であり、結晶製造装置の構造が複雑で大型化となり、装置価格が高額になるという問題があった。さらに、1回の結晶製造工程からるつぼ1個分の結晶成長しか行うことができず、成長結晶の価格はおのずと高価になってしまうという問題があった。 However, in the conventional method for producing a crystal material, a steep temperature gradient in the furnace is necessary for controlling the growth rate in the seeding process, the diameter-increasing part growth process, and the constant-diameter part growth process. In order to obtain a steep temperature gradient, a large furnace body structure that accommodates a plurality of heating elements and a heat insulating material is necessary. In addition, in order to advance crystal growth, a mechanism for moving the crucible up and down or a mechanism for moving the heating element up and down is necessary, and the structure of the crystal manufacturing apparatus is complicated and large, and the apparatus price is high. There was a problem. Furthermore, only one crucible crystal can be grown from a single crystal manufacturing process, and the price of the grown crystal is naturally high.
垂直ブリッジマン法や垂直温度勾配凝固法と異なる引き上げ法においては、1本の配管によって、るつぼの底部に冷媒を供給し、るつぼの一部の温度制御を行うことが知られている。例えば、特許文献2の単結晶の製造方法は、るつぼの下部に設けた筒状のヒータにより、選択的に加熱制御を行う。しかしながら、この方法は、原料融液の対流制御が目的であり、るつぼの底における結晶核の発生と成長には何ら寄与しない。また、特許文献3の引き上げ法は、原料融液の径方向に温度勾配を形成することが目的であり、るつぼの底における結晶核の発生と成長には何ら寄与しない。
In the pulling method different from the vertical Bridgman method and the vertical temperature gradient solidification method, it is known that the refrigerant is supplied to the bottom of the crucible and the temperature of a part of the crucible is controlled by a single pipe. For example, in the method for producing a single crystal of
さらに、特許文献4の引き上げ法は、融液の温度変動抑制が目的であり、特許文献5の引き上げ法は、原料融液に混入した異物の析出が目的であり、それぞれるつぼの底における結晶核の発生と成長には何ら寄与しない。
Further, the pulling method of Patent Document 4 is intended to suppress the temperature fluctuation of the melt, and the pulling method of
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、原料溶液の温度分布を局所的に制御することにより、高品質結晶を歩留まりよく成長させるための酸化物単結晶の製造方法およびその製造装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to locally control the temperature distribution of the raw material solution so as to grow a high-quality crystal with a high yield. It is to provide a manufacturing method and manufacturing apparatus of the crystal.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、炉内に保持されたるつぼ内に種子結晶を配置し、前記るつぼ内に充填された原料を加熱溶解し、前記るつぼの下方より上方に向かって、原料溶液を徐冷することにより結晶成長させる酸化物単結晶の製造方法において、前記るつぼの中心軸に対して同心円状の温度分布とならない箱型マッフル炉であって、該炉内の温度を結晶成長に適した温度に調整する第1工程と、前記るつぼの底部と接する保持環を介して前記るつぼを載置する冷却板と熱的に結合された冷却管に熱媒体を流すことにより、前記熱媒体の流量を制御して、前記原料溶液と成長結晶との間の固液界面近傍の温度勾配を制御する第2工程とを備えることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the invention according to
請求項2に記載の方法は、請求項1に記載の前記結晶の主成分は、周期率表Ia族とVa族から構成されており、Ia族はカリウムであり、Va族はニオブ、タンタルの少なくとも1つを含むことを特徴とする。
The method according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の前記結晶の主成分は、周期率表Ia族とVa族から構成されており、Ia族はカリウムであり、Va族はニオブ、タンタルの少なくとも1つを含み、添加不純物として周期率表Ia、IIa族の1または複数種を含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the main component of the crystal according to the first or second aspect is composed of a group Ia and a Va group in the periodic table, the group Ia is potassium, the group Va is niobium, It contains at least one of tantalum and contains one or more of periodic table Ia and IIa groups as additive impurities.
請求項4に記載の発明は、炉内に保持されたるつぼ内に種子結晶を配置し、前記るつぼ内に充填された原料を加熱溶解し、前記るつぼの下方より上方に向かって、原料溶液を徐冷することにより結晶成長させる酸化物単結晶の製造装置において、前記るつぼの中心軸に対して同心円状の温度分布とならない箱型マッフル炉であって、該炉内の温度を結晶成長に適した温度に調整する発熱体と、前記るつぼの底部と接する保持環を介して前記るつぼを載置する冷却板と、該冷却板と熱的に結合され、熱媒体を流すことにより前記冷却板を冷却する冷却管と、前記熱媒体の流量を制御して、前記るつぼ内の前記原料溶液の温度勾配を制御する手段とを備えたことを特徴とする。 In the invention according to claim 4, seed crystals are arranged in a crucible held in a furnace, the raw material filled in the crucible is heated and dissolved, and the raw material solution is moved upward from below the crucible. in the manufacturing apparatus of the oxide single crystal is grown by slow cooling, a box-type muffle furnace that do not concentric temperature distribution with respect to the central axis of the crucible, the crystal growth temperature in the furnace A heating element that adjusts to a suitable temperature, a cooling plate on which the crucible is placed via a retaining ring that contacts the bottom of the crucible, and the cooling plate that is thermally coupled to the cooling plate and that flows a heat medium And a means for controlling the temperature gradient of the raw material solution in the crucible by controlling the flow rate of the heat medium.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の酸化物単結晶の製造装置において、前記るつぼの底面に接して配置され、前記冷却板と熱的に結合されたヒートシンクを、前記保持環に代えて備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the apparatus for producing an oxide single crystal according to the fourth aspect, a heat sink that is disposed in contact with the bottom surface of the crucible and is thermally coupled to the cooling plate is disposed on the retaining ring. It is characterized by having provided instead of .
請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の酸化物単結晶の製造装置において、前記るつぼの底部の側壁に設置され、前記るつぼの一部を局所的に加熱することにより、前記原料溶液の温度勾配を制御するヒータをさらに備えたことを特徴とする。
Invention according to
以上説明したように、本発明によれば、るつぼの底部と接する保持環を介してるつぼを載置する冷却板と、冷却板と熱的に結合され、熱媒体を流すことにより冷却板を冷却する冷却管とを備え、熱媒体の流量を制御して、るつぼ内の原料溶液の温度勾配を制御することにより、高品質結晶を歩留まりよく成長させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the cooling plate on which the crucible is placed via the holding ring in contact with the bottom of the crucible, and the cooling plate is thermally coupled to the cooling plate, and the cooling plate is cooled by flowing a heat medium. A high-quality crystal can be grown with a high yield by controlling the flow rate of the heat medium and controlling the temperature gradient of the raw material solution in the crucible.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図2に、本発明の一実施形態にかかる結晶製造装置の冷却セッタを示す。冷却セッタ7は、板状の冷却板であり、ジルコニアなどの耐熱性、高熱伝導性、機械的強度を併せ持った材料を使用する。冷却セッタ7の上面には、るつぼ保持環9を介して、るつぼ1を載置する。冷却セッタ7の下面には、適当な間隔をおいて冷却パイプ8を配管する。冷却パイプ8に流す水、ガス、冷媒材料等の熱媒体の流量制御を行うことにより、るつぼ1内の原料溶液を結晶成長に適した温度勾配に制御する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a cooling setter of a crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The
原料溶液の温度勾配が、適正な温度勾配より大きい場合には、熱媒体の流量を増加させて温度勾配を小さくさせる。また、原料溶液の温度勾配が、適正な温度勾配より小さい場合には、熱媒体の流量を減少させて温度勾配を大きくする。熱媒体の温度は、室温を基本とするが、必要に応じて冷却器等の温度制御装置を介して温度制御することもできる。温度制御装置により、熱媒体の総流量を減少させることもできる。さらなる温度勾配が必要な場合には、冷却パイプを密に配管し、熱媒体の流量制御、温度制御と組み合わせて温度勾配制御を行うこともできる。 When the temperature gradient of the raw material solution is larger than the appropriate temperature gradient, the flow rate of the heat medium is increased to reduce the temperature gradient. Further, when the temperature gradient of the raw material solution is smaller than the appropriate temperature gradient, the flow rate of the heat medium is decreased to increase the temperature gradient. The temperature of the heat medium is basically room temperature, but the temperature can be controlled via a temperature control device such as a cooler if necessary. The total flow rate of the heat medium can also be reduced by the temperature control device. When a further temperature gradient is required, the cooling pipe can be densely arranged and the temperature gradient control can be performed in combination with the flow rate control and temperature control of the heat medium.
図3(a)に、本発明の一実施形態を箱型マッフル炉に適用した例を示す。温度分布の均一性の良い箱型マッフル炉10と冷却セッタ7とを組み合わせる。図3(b)には、箱型マッフル炉10の中心縦方向の炉内温度分布を示す。図3(b)のAは、冷却セッタなしの場合の温度分布であり、すなわち、発熱体6により、炉内の温度を結晶成長に適した温度に調整した状態である。
FIG. 3A shows an example in which one embodiment of the present invention is applied to a box-type muffle furnace. A box-
図3(b)のBは、冷却セッタを設置して温度制御を行った場合の温度分布である。不図示の制御手段により、冷却パイプ8に流す熱媒体の流量を調整することにより、るつぼ1の底部に大きな温度勾配を形成する。Bを参照すれば、原料溶液と成長結晶との間の固液界面近傍の温度勾配を制御できることがわかる。このような構造によれば、箱型マッフル炉10の大きさの制限内であれば、るつぼの形状、るつぼの数量に制約がなく、大形るつぼ或いは複数のるつぼを用いて同時に結晶製造を行うことができる。
B in FIG. 3B is a temperature distribution when temperature control is performed by installing a cooling setter. A large temperature gradient is formed at the bottom of the
図4に、複数の系統の冷却パイプを均一に配管した冷却セッタを示す。冷却パイプ18は1系統のみではなく、複数の系統を配管しても良い。各冷却パイプ18a,18bに流す熱媒体の流量を独立に制御することにより、目的の結晶成長に適した温度勾配制御を行うことができる。また、複数のるつぼ11a,11bを使用する場合、るつぼ11a,11b毎に異なる温度勾配を実現して、異種結晶を同時に成長させることもできる。
FIG. 4 shows a cooling setter in which cooling pipes of a plurality of systems are uniformly provided. The cooling pipe 18 may be provided with not only one system but a plurality of systems. By independently controlling the flow rate of the heat medium flowing through the cooling
また、図5に示すように、複数の系統の冷却パイプ18c,18d,18eを不均一に配管することもできる。冷却セッタ7の必要な箇所を、目的とする温度勾配制御に応じて、配管の方法を変えることもできる。
Moreover, as shown in FIG. 5, the cooling
図6に、冷却セッタとヒートシンクとを組み合わせた結晶製造装置を示す。るつぼ保持環の代わりに、るつぼの底部の形状に合わせたヒートシンク29を用いる。ヒートシンク29によって、るつぼ21と冷却セッタ27との密着性が向上し、温度応答性を高めることができる。また、1つの冷却セッタ27に複数個のるつぼを載置する場合には、個々のるつぼの温度勾配を制御する際に、温度制御が容易になる。
FIG. 6 shows a crystal manufacturing apparatus in which a cooling setter and a heat sink are combined. Instead of the crucible holding ring, a
冷却セッタ27を介して、るつぼ21の底部を冷却した場合に、るつぼ21の側壁も同時に冷却され、原料溶液22のるつぼ径方向に不要な温度分布が生ずる場合がある。このような温度分布を抑制するために、るつぼ21の下部の側壁に付加ヒータ26を設置する。図7に、付加ヒータを組み合わせた結晶製造装置を示す。付加ヒータ26により、るつぼ21の外壁を加熱することにより、るつぼ径方向の温度分布を結晶成長に適した分布とすることができる。
When the bottom of the
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、本実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更または改良を行いうることは言うまでもない。 Examples of the present invention will be specifically described below. In addition, this Example is an illustration, Comprising: It cannot be overemphasized that a various change or improvement can be performed in the range which does not deviate from the mind of this invention.
図8に、実施例1にかかる結晶製造装置を示す。本実施例は、垂直温度勾配凝固法を適用し、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)結晶材料を作製する。2個の2インチ径るつぼ31a、31bのそれぞれに、<100>方位のKTaxNb1-xO3(0≦x≦1)種子結晶34を配置する。KTaxNb1-xO3の素原料であるK2CO3とTa2O5とNb2O5とを所望の組成比となるように秤量し、るつぼ31a、31bに各1kgを充填する。ただし、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)種子結晶34の組成を、KTax’Nb1-x’O3とした時、組成x′は成長させるKTaxNbx1-xO3の組成xに対して大きく、溶解温度が高い組成を選択する。るつぼ31aのKTaxNb1-xO3(0≦x≦1)の組成xは、るつぼ31bの組成xよりも5%だけ大きくする。
FIG. 8 shows a crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment. In this embodiment, a vertical temperature gradient solidification method is applied to produce a KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal material. A <100> -oriented KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) seed crystal 34 is disposed in each of two 2-
2インチ径るつぼ31a、31bは、炉内寸法が300×300×300mmのマッフル炉40内に設置された220×220×7mmのジルコニア製の冷却セッタ37上に等間隔で設置する。冷却パイプ38は、白金製とし、るつぼ31a、31bそれぞれに二系統を配管する。冷却パイプ38aの配管密度は、冷却パイプ38bの配管密度よりも、約2倍大きくして、るつぼ31aの冷却効果をるつぼ31bより大きくする。これは、るつぼ31aの原料溶液の方がTa過剰組成であり、凝固温度がるつぼ31bの原料溶液より約22℃程度高いためである。冷却パイプ38の冷媒は、空気を用いて、3リットル/分の流量で流入させ、大気中に放出する。
The 2-
原料が十分に溶解する1400℃に昇温し、5時間保持してK(Ta,Nb)O3原料溶液32を実現する。その後、発熱体36の発熱量を結晶成長に適した1350℃近傍に調整する。るつぼ31aの方がるつぼ31bよりも約20℃程度低くなるように、るつぼ底部に設置した熱電対35で温度を測定しながら、冷却パイプ38の冷媒の空気の排気温度を測定して、空気流量を微調整し、種子付け工程を行う。結晶の成長界面が1mm/日の速度で移動するように、発熱体36の温度を約0.5℃/時で徐々に下げることにより結晶成長を行う。
The temperature is raised to 1400 ° C. at which the raw material is sufficiently dissolved, and is maintained for 5 hours to realize the K (Ta, Nb) O 3 raw material solution 32. Thereafter, the heating value of the heating element 36 is adjusted to around 1350 ° C. suitable for crystal growth. While measuring the temperature with the thermocouple 35 installed at the bottom of the crucible so that the
KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)の原料溶液32は、KTax'Nb1-x'O3種子結晶34を出発点として、温度の低いるつぼ下部から徐々に結晶化し、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)の成長結晶33が成長する。結晶成長終了後、発熱体36の発熱量を調整することにより、12時間かけて室温まで徐冷する。 The raw material solution 32 of KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) gradually crystallizes from the lower temperature crucible starting from the KTa x ′ Nb 1-x ′ O 3 seed crystal 34, A grown crystal 33 of KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) grows. After the crystal growth is completed, the heating element 36 is gradually cooled to room temperature over 12 hours by adjusting the heat generation amount of the heating element 36.
るつぼ31a、31bから作製したK(Ta,Nb)O3の成長結晶33を取り出すと、双方の成長結晶共に四回対称の{100}面ファセット面が表出した<100>方位の単結晶を得ることができる。ファセット面は、定径部開始点付近で表出してから、全て結晶が成長し、溶媒のみとなった成長結晶底部に至るまで、収縮し消失することがない。双方の成長結晶には、クラックや欠陥が存在せず、高品質結晶を歩留まりよく育成することができる。
When the grown crystal 33 of K (Ta, Nb) O 3 produced from the
図9に、実施例2にかかる結晶製造装置を示す。本実施例は、垂直温度勾配凝固法に適用し、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)結晶材料を作製する。3インチ径るつぼ41、2インチ径るつぼ51のそれぞれに、<100>方位のKTaxNb1-xO3(0≦x≦1)種子結晶44を配置する。KTaxNb1-xO3の素原料であるK2CO3とTa2O5とNb2O5とを、x=0.8の組成比となるように秤量し、2インチ径るつぼ51に1kgを充填し、3インチ径るつぼ41に1.7kgを充填する。ただし、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)種子結晶の組成をKTax'Nb1-x'O3とした時、組成x′は成長させるKTaxNb1-xO3の組成xに対して大きく、溶解温度が高い組成を選択する。
FIG. 9 shows a crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment. This example is applied to the vertical temperature gradient solidification method to produce a KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal material. A <100> -oriented KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) seed crystal 44 is arranged in each of the 3
3インチ径るつぼ41と2インチ径るつぼ51とは、炉内寸法が300×300×300mmのマッフル炉50内に設置された220×220×7mmのジルコニア製の冷却セッタ47上に等間隔で設置する。冷却パイプ48は、白金製とし、るつぼ41,51の底面全体をカバーするように配管する。冷却パイプ48の冷媒は、沸点を高くする添加剤を混入した冷却水を用いて、2リットル/分の流量で流入させ、冷却装置を介して循環させる。
The 3-
原料が十分に溶解する1400℃に昇温し、5時間保持してK(Ta,Nb)O3原料溶液42を実現する。その後、発熱体46の発熱量を結晶成長に適した1370℃近傍に調整する。るつぼ底部に設置した熱電対45で温度を測定しながら、冷却パイプ48の冷媒の冷却水の出口温度を測定して、流量を微調整し、種子付け工程を行う。結晶の成長界面が1mm/日の速度で移動するように、発熱体46の温度を約0.5℃/時で徐々に下げることにより結晶成長を行う。 The temperature is raised to 1400 ° C. at which the raw material is sufficiently dissolved and held for 5 hours to realize the K (Ta, Nb) O 3 raw material solution 42. Thereafter, the heating value of the heating element 46 is adjusted to around 1370 ° C. suitable for crystal growth. While measuring the temperature with the thermocouple 45 installed at the bottom of the crucible, the outlet temperature of the cooling water of the cooling pipe 48 is measured, the flow rate is finely adjusted, and the seeding step is performed. Crystal growth is performed by gradually lowering the temperature of the heating element 46 at about 0.5 ° C./hour so that the crystal growth interface moves at a rate of 1 mm / day.
KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)の原料溶液42は、KTax'Nb1-x'O3種子結晶44を出発点として、温度の低いるつぼ下部から徐々に結晶化し、KTaxNb1-xO3(0≦x≦1)の成長結晶43が成長する。結晶成長終了後、発熱体46の発熱量を調整することにより、12時間かけて室温まで徐冷する。 The raw material solution 42 of KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) is gradually crystallized from the lower temperature crucible starting from the KTa x ′ Nb 1-x ′ O 3 seed crystal 44, A growth crystal 43 of KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) grows. After the crystal growth is completed, the heating element 46 is gradually cooled to room temperature over 12 hours by adjusting the heat generation amount of the heating element 46.
3インチ径るつぼ41と2インチ径るつぼ51とから作製したK(Ta,Nb)O3の成長結晶43を取り出すと、双方の成長結晶共に四回対称の{100}面ファセット面が表出した<100>方位の単結晶を得ることができる。ファセット面は、定径部開始点付近で表出してから、全て結晶が成長し、溶媒のみとなった成長結晶底部に至るまで、収縮し消失することがない。双方の成長結晶には、クラックや欠陥が存在せず、高品質結晶を歩留まりよく育成することができる。
When the grown crystal 43 of K (Ta, Nb) O 3 produced from the 3
本実施形態では、垂直ブリッジマン法について説明したが、垂直温度勾配凝固法のみならず、水平ブリッジマン法、水平温度勾配凝固法にも適用することができる。 Although the vertical Bridgman method has been described in the present embodiment, the present invention can be applied not only to the vertical temperature gradient solidification method but also to the horizontal Bridgman method and the horizontal temperature gradient solidification method.
また、結晶の主成分は、周期率表Ia族とVa族から構成されており、Ia族はカリウムであり、Va族はニオブ、タンタルの少なくとも1つを含み、添加不純物として周期率表Ia、IIa族の1または複数種を含むこともできる。 The main component of the crystal is composed of a periodic table Ia group and a Va group, the Ia group is potassium, the Va group contains at least one of niobium and tantalum, and the periodic table Ia, One or more of Group IIa can also be included.
1,11,21,31,41,51 るつぼ
2,22,32,42 原料溶液
3,23,33,43 成長結晶
4,24,34,44 種子結晶
5 炉内温度分布
6,36,46 発熱体
7,27,37,47 冷却セッタ
8,18,28,38,48 冷却パイプ
9,19 るつぼ保持環
10,40,50 マッフル炉
26 付加ヒータ
29,39,49 ヒートシンク
30 断熱材
35,45 熱電対
1,11,21,31,41,51
Claims (6)
前記るつぼの中心軸に対して同心円状の温度分布とならない箱型マッフル炉であって、該炉内の温度を結晶成長に適した温度に調整する第1工程と、
前記るつぼの底部と接する保持環を介して前記るつぼを載置する冷却板と熱的に結合された冷却管に熱媒体を流すことにより、前記熱媒体の流量を制御して、前記原料溶液と成長結晶との間の固液界面近傍の温度勾配を制御する第2工程と
を備えることを特徴とする酸化物単結晶の製造方法。 Oxidation in which seed crystals are placed in a crucible held in a furnace, the raw material filled in the crucible is heated and melted, and the raw material solution is gradually cooled upward from below the crucible to grow crystals. In a method for producing a single crystal,
A box-type muffle furnace that do not concentric temperature distribution with respect to the central axis of the crucible, a first step of adjusting a temperature suitable for crystal growth temperature in the furnace,
The flow rate of the heating medium is controlled by flowing a heating medium through a cooling pipe thermally coupled to a cooling plate on which the crucible is placed through a holding ring in contact with the bottom of the crucible, and the raw material solution and And a second step of controlling a temperature gradient in the vicinity of the solid-liquid interface with the grown crystal. A method for producing an oxide single crystal, comprising:
前記るつぼの中心軸に対して同心円状の温度分布とならない箱型マッフル炉であって、該炉内の温度を結晶成長に適した温度に調整する発熱体と、
前記るつぼの底部と接する保持環を介して前記るつぼを載置する冷却板と、
該冷却板と熱的に結合され、熱媒体を流すことにより前記冷却板を冷却する冷却管と、
前記熱媒体の流量を制御して、前記るつぼ内の前記原料溶液の温度勾配を制御する手段と
を備えたことを特徴とする酸化物単結晶の製造装置。 The seed crystal was placed in a crucible retained in a furnace, raw materials filled in the crucible was heated and dissolved, the upwardly from below the crucible, the crystal growth by annealing the raw material solution oxide In an apparatus for manufacturing a single crystal,
A box-type muffle furnace that do not concentric temperature distribution with respect to the central axis of the crucible, the heating element is adjusted to a temperature suitable for crystal growth temperature in the furnace,
A cooling plate for placing the crucible through a retaining ring in contact with the bottom of the crucible;
A cooling pipe that is thermally coupled to the cooling plate and cools the cooling plate by flowing a heat medium;
By controlling the flow rate of the heating medium, oxide single crystal manufacturing apparatus characterized by comprising a means for controlling the temperature gradient of the raw material solution in the crucible.
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