JP4667011B2 - Thermocouple and reaction system and crystal production equipment - Google Patents

Thermocouple and reaction system and crystal production equipment Download PDF

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Description

本発明は、熱電対及び反応系及び結晶製造装置に関する。 The present invention, a thermocouple and a reaction system and a crystal manufacturing apparatus.

本願の発明者らは、これまで、例えば特許文献1などに示されているように、アルカリ金属とIII族金属から構成される混合融液と、窒素を含むV族原料とを反応させることで、III族窒化物結晶(例えば、GaN)を作製する所謂フラックス法を採用してきている。   The inventors of the present application have heretofore reacted a mixed melt composed of an alkali metal and a group III metal with a group V raw material containing nitrogen, as shown, for example, in Patent Document 1 and the like. A so-called flux method for producing a group III nitride crystal (for example, GaN) has been adopted.

このフラックス法によるIII族窒化物結晶の作製では、温度制御を行う必要があり、温度制御を行うのに、一般的には熱電対を用いている。熱電対は、アルカリ金属蒸気と接触することで劣化することから、アルカリ金属蒸気と接触しないように、反応容器外に設置する場合がある。しかし、温度制御を精密に行うためには、反応容器内に熱電対を設置する必要があり、この場合には、保護管(シース)で芯線が覆われたシース熱電対が用いられる。一般的に、保護管(シース)には、ステンレスやインコネルの鋼材が用いられる。   In the production of the group III nitride crystal by the flux method, it is necessary to control the temperature, and a thermocouple is generally used to control the temperature. Since the thermocouple deteriorates due to contact with the alkali metal vapor, it may be installed outside the reaction vessel so as not to contact the alkali metal vapor. However, in order to precisely control the temperature, it is necessary to install a thermocouple in the reaction vessel. In this case, a sheath thermocouple having a core wire covered with a protective tube (sheath) is used. In general, stainless steel or Inconel steel is used for the protective tube (sheath).

フラックス法では、III族窒化物結晶の一般的な成長条件として、温度700〜900℃、窒素圧力20〜100気圧、アルカリ金属としてNa、III族原料としてGaが用いられる。このような条件では、シース熱電対を用いた場合でも、熱電対の劣化が発生する。例えば、ステンレスやインコネルのシースのK(クロメル−アルメル)熱電対の場合、900℃、200時間で約20℃に相当する起電力低下が生じた。   In the flux method, as general growth conditions for the group III nitride crystal, a temperature of 700 to 900 ° C., a nitrogen pressure of 20 to 100 atmospheres, Na as an alkali metal, and Ga as a group III material are used. Under such conditions, deterioration of the thermocouple occurs even when a sheath thermocouple is used. For example, in the case of a K (chromel-alumel) thermocouple with a stainless steel or Inconel sheath, an electromotive force drop corresponding to about 20 ° C. occurred at 900 ° C. for 200 hours.

これに対し、K熱電対の場合の一般的な劣化としては、グリーンロッド現象と呼ばれている芯線の選択酸化による起電力低下がある。この場合には、900℃、大気雰囲気において、1000時間で約1℃の起電力低下である。より顕著なグリーンロッド現象が生じる還元性雰囲気でも、1000時間で約10℃に相当する起電力の低下である。   On the other hand, as a general deterioration in the case of the K thermocouple, there is a reduction in electromotive force due to selective oxidation of the core wire, which is called a green rod phenomenon. In this case, the electromotive force is reduced by about 1 ° C. in 1000 hours at 900 ° C. in an air atmosphere. Even in a reducing atmosphere in which a more prominent green rod phenomenon occurs, the electromotive force decreases corresponding to about 10 ° C. in 1000 hours.

従って、フラックス法で生じるK熱電対の劣化は、これまで公知であったK熱電対の一般的な劣化とは明らかに異なり、劣化の程度が大きなものとなっている。
特開2001−58900号公報
Therefore, the deterioration of the K thermocouple caused by the flux method is clearly different from the general deterioration of the K thermocouple that has been known so far, and the degree of deterioration is large.
JP 2001-58900 A

本発明は、フラックス法などのように、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境下で使用される場合にも、劣化の少ない熱電対及び反応系及び結晶製造装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a thermocouple, a reaction system, and a crystal manufacturing apparatus with little deterioration even when used in an environment in which a substance containing an alkali metal and at least nitrogen exists, such as a flux method. It is said.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線が窒化することを抑制するシースが、熱電対芯線の外側に設けられており、熱電対芯線の外側に設けられているシースは、複数層のシースで構成され、前記複数層のシースの内、少なくとも1つの隣接するシース間に空間があり、前記シース間の空間には、アルカリ金属と化合物を形成する気体が充填されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a sheath that suppresses nitriding of a thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present. The sheath provided on the outside of the core wire, the sheath provided on the outside of the thermocouple core wire is composed of a plurality of layers of sheaths, and there is a space between at least one adjacent sheath of the plurality of layers of sheaths, The space between the sheaths is filled with a gas that forms a compound with an alkali metal .

また、請求項記載の発明は、請求項1に記載の熱電対において、シース材質は、Niであることを特徴としている。 Further, an invention according to claim 2, wherein, in the thermocouple of Claim 1, the sheath material is characterized in that a Ni.

また、請求項記載の発明は、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、該反応系には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられていることを特徴としている。 The invention according to claim 3 is a reaction system using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen, wherein the thermocouple according to claim 1 or 2 is used in the reaction system. .

また、請求項記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させる結晶製造装置において、該結晶製造装置には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, a group III metal In a crystal manufacturing apparatus for growing a group III nitride composed of nitrogen and nitrogen, the thermocouple according to claim 1 or 2 is used in the crystal manufacturing apparatus.

請求項1、2記載の発明によれば、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線が窒化することを抑制するシースが、熱電対芯線の外側に設けられているので、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。 According to the first and second aspects of the invention, the sheath that suppresses nitriding of the thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present is provided outside the thermocouple core wire. Since it is provided, nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

すなわち、前述したように、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質がある場合には、例えばステンレスやインコネルの材質のシース、及び熱電対の芯線(例えばK(クロメル−アルメル))の窒化を加速させることを、本願発明者は見出した。本発明では、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線の窒化を抑制するシースを用いることで(具体的には、例えば、後述の第9の形態のように、シースに例えばNi(ニッケル)を用いることで)、窒素およびアルカリ金属の内側への拡散を防止でき、これにより、熱電対の芯線の窒化を防止することが可能となる。これにより、熱起電力の低下を防止でき、長時間安定して、環境の温度測定,温度制御が可能となる。   That is, as described above, when there is a substance containing alkali metal and at least nitrogen, for example, nitriding of a sheath made of stainless steel or Inconel and a core wire of a thermocouple (for example, K (chromel-alumel)) is accelerated. The inventor of the present application has found. In the present invention, by using a sheath that suppresses nitriding of a thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present (specifically, for example, a ninth embodiment described later) (For example, by using Ni (nickel) for the sheath), diffusion of nitrogen and alkali metal to the inside can be prevented, and thus, nitriding of the core wire of the thermocouple can be prevented. As a result, a decrease in thermoelectromotive force can be prevented, and environmental temperature measurement and temperature control can be performed stably for a long time.

特に、請求項記載の発明では、熱電対芯線の外側に設けられているシースは、複数層(多重構造)のシースで構成されているので、熱電対の芯線の窒化をより一層抑制することができる。 In particular, in the first aspect of the present invention, the sheath is provided on the outside of the thermocouple wire, which is configured with a sheath of a plurality of layers (multi-structure), more suppress the nitriding of the core wire of the thermocouple be able to.

すなわち、シースが複数層となっていることで(すなわち多重構造となっていることで)、1層構造(一重構造)のシースに比較して窒化を抑制できる。すなわち、一層(一重)の場合には、シースの外側から内側方向(即ち熱電対の芯線方向)に向かって、窒化が連続的に進行する。しかし、複数層構造(多重構造)の場合には、シースの層間で一度窒化が終端する。その後、層間をアルカリ金属と窒素が拡散し、次のシース層にたどり着いた場合には、そこからシースの窒化が進行することとなるが、1層構造(一重構造)に比較して窒化をより効果的に抑制することができる。   That is, since the sheath has a plurality of layers (that is, has a multiple structure), nitriding can be suppressed as compared with a sheath having a single layer structure (single structure). That is, in the case of one layer (single layer), nitriding proceeds continuously from the outside of the sheath toward the inside (ie, the core line direction of the thermocouple). However, in the case of a multi-layer structure (multiple structure), nitriding once terminates between the layers of the sheath. After that, when the alkali metal and nitrogen diffuse between the layers and reach the next sheath layer, nitriding of the sheath proceeds from there, but nitriding more than the single layer structure (single structure). It can be effectively suppressed.

また、請求項記載の発明では、前記複数層(多重構造)のシースの内、少なくとも1つの隣接するシース間に空間があるので、さらにより一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。 Further, in the first aspect of the present invention, among the sheath before Symbol multilayer (multiple structure), there is a space between at least one adjacent sheath, even more even more effectively, the nitride of the core wire of the thermocouple Can be suppressed.

すなわち、複数層構造(多重構造)のシース間に空間があることで、最外層のシースの外側から供給されるアルカリ金属と窒素の拡散が、この空間により抑制され、内側のシースへのアルカリ金属と窒素の拡散が更に抑制される。このため、空間がない場合に比較して、シース及び最内側の芯線の窒化がより一層効果的に抑制できる。   That is, since there is a space between the sheaths of a multi-layer structure (multiple structure), diffusion of alkali metal and nitrogen supplied from the outside of the outermost sheath is suppressed by this space, and the alkali metal to the inner sheath is suppressed. And nitrogen diffusion is further suppressed. For this reason, compared with the case where there is no space, nitriding of the sheath and the innermost core wire can be more effectively suppressed.

また、請求項記載の発明では、前記シース間の空間には、アルカリ金属と化合物を形成する気体が充填されているので、さらにより一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。 Further, in the first aspect of the present invention, the space between the front Symbol sheath, since the gas to form the alkali metal and the compound is filled, even more even more effectively suppress the nitriding of the core wire of the thermocouple be able to.

すなわち、このシース間の空間にある気体が、アルカリ金属と化合物を形成することで、内側のシースへのアルカリ金属の拡散を抑制することができ、その結果、内側のシースの窒化(アルカリ金属による窒化の促進)を抑制することができて、熱電対の芯線の窒化が抑制できる。   That is, the gas in the space between the sheaths can form a compound with the alkali metal, thereby suppressing the diffusion of the alkali metal to the inner sheath. As a result, the nitridation of the inner sheath (by the alkali metal) (Promoting nitriding) can be suppressed, and nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

この時、このシース間の空間には窒素を構成元素とする気体が無い方が望ましいが、それがあったとしてもアルカリ金属が化合物を形成することで、それより内側のシース,熱電対の芯線の窒化は大幅に抑制できる。   At this time, it is desirable that there is no gas containing nitrogen as a constituent element in the space between the sheaths, but even if there is, the alkali metal forms a compound so that the inner sheath and the core wire of the thermocouple are formed. The nitridation of can be greatly suppressed.

また、請求項記載の発明では、請求項1に記載の熱電対において、シース材質は、Niであるので、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。 In the invention according to claim 2 , in the thermocouple according to claim 1 , since the sheath material is Ni, nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

すなわち、Niは、アルカリ金属が存在しても、III族窒化物が結晶成長する条件下では窒化物を形成しない。このため、Niで形成されているシースよりも内側への窒素およびアルカリ金属の拡散を防止できる。この結果、熱電対の芯線の劣化を大幅に抑制できる。   That is, even if an alkali metal is present, Ni does not form a nitride under the condition that the group III nitride grows. For this reason, it is possible to prevent diffusion of nitrogen and alkali metal to the inside of the sheath formed of Ni. As a result, deterioration of the core wire of the thermocouple can be significantly suppressed.

また、請求項記載の発明によれば、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、該反応系には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられているので、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、長時間安定的に反応系の高精度温度測定,温度制御が可能となる。 According to the invention of claim 3 , in the reaction system using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen, the thermocouple according to claim 1 or 2 is used in the reaction system. In a reaction system using a substance containing metal and at least nitrogen, high-precision temperature measurement and temperature control of the reaction system can be performed stably for a long time.

また、請求項記載の発明によれば、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させる結晶製造装置において、該結晶製造装置には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられているので、高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長することが可能となる。 According to the invention described in claim 4 , in the reaction vessel, the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and the mixed melt and the substance containing at least nitrogen are used to form III. In a crystal manufacturing apparatus for growing a group III nitride composed of a group metal and nitrogen, the thermocouple according to claim 1 or 2 is used in the crystal manufacturing apparatus. It is possible to grow a group III nitride crystal.

すなわち、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在しても、熱電対の芯線が窒化することを抑制できることで、熱起電力の低下防止につながり、長時間安定的にIII族窒化物結晶成長装置内の反応系の高精度な温度測定,温度制御が可能となる。その結果、高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることができる。
That is, even if a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present, the core wire of the thermocouple can be suppressed from nitriding, leading to prevention of a decrease in thermoelectromotive force, and a group III nitride crystal growth apparatus stably for a long time. High-accuracy temperature measurement and temperature control of the reaction system is possible. As a result, it is possible to grow a large group III nitride crystal with high quality.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本願の発明者は、フラックス法などのように、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境下で使用される場合に、熱電対が劣化する主原因が、熱電対の芯線が窒化することに起因していることを見出した。すなわち、フラックス法などのように、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境下で使用される場合に、窒素とアルカリ金属によって(アルカリ金属が一種の触媒となって)、ステンレスやインコネルの材質のシースの窒化が促進され、これにより、窒素とアルカリ金属の内側への拡散が促進されることで、最終的には、熱電対の芯線の窒化が促進され、これにより、熱電対の起電力が低下し、熱電対が劣化することを見出し、本発明を完成させた。   The inventor of the present application, when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen exists, as in the flux method, the main cause of deterioration of the thermocouple is that the core wire of the thermocouple is nitrided. I found out that it is due to. In other words, when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present, such as the flux method, the nitrogen and the alkali metal (the alkali metal becomes a kind of catalyst) The nitridation of the sheath of the material is promoted, which promotes the diffusion of nitrogen and alkali metal to the inside, and ultimately the nitriding of the core wire of the thermocouple is promoted. The present inventors completed the present invention by finding that the electric power decreased and the thermocouple deteriorated.

すなわち、本発明は、基本的に、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を含む環境下で使用される場合において、熱電対の芯線の窒化を防止することを意図している。   That is, the present invention is basically intended to prevent nitriding of the core wire of a thermocouple when used in an environment containing a substance containing an alkali metal and at least nitrogen.

(第1の形態)
本発明の第1の形態は、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線が窒化することを抑制するシースが、熱電対芯線の外側に設けられていることを特徴としている。
(First form)
In the first aspect of the present invention, a sheath for suppressing nitriding of a thermocouple core wire is provided outside the thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present. It is characterized by being.

ここで、アルカリ金属にはLi,Na,K等が使用可能である。また、窒素を含む物質とは、窒素ガスや、アジ化ナトリウム,アンモニアなどの窒素を構成元素に含む化合物である。   Here, Li, Na, K, etc. can be used for the alkali metal. The substance containing nitrogen is a compound containing nitrogen gas, nitrogen such as sodium azide or ammonia as a constituent element.

本発明の第1の形態において、熱電対は、熱起電力を発生させる芯線と、それを保護するシースから構成されている。このような構成の熱電対では、これが置かれた環境の温度は、シースを介して、熱電対の芯線に伝えられ、熱電対の芯線で上記温度に応じた熱起電力が発生し、この熱起電力を外部に取り出し、測定することで、熱電対が置かれた環境の温度を計測出来るようになっている。この時、本発明の熱電対のシースは、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線の窒化を抑制するものとなっている。   In the first embodiment of the present invention, the thermocouple includes a core wire that generates a thermoelectromotive force and a sheath that protects the core wire. In the thermocouple having such a configuration, the temperature of the environment in which the thermocouple is placed is transmitted to the core wire of the thermocouple through the sheath, and a thermoelectromotive force corresponding to the above temperature is generated in the core wire of the thermocouple. By taking out the electromotive force and measuring it, the temperature of the environment where the thermocouple is placed can be measured. At this time, the thermocouple sheath of the present invention suppresses nitriding of the thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present.

このように、本発明の第1の形態では、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線が窒化することを抑制するシースが、熱電対芯線の外側に設けられているので、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the sheath that suppresses nitriding of the thermocouple core wire even when used in an environment where a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present is provided on the outer side of the thermocouple core wire. Therefore, nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

すなわち、前述したように、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質がある場合には、例えばステンレスやインコネルの材質のシース、及び熱電対の芯線(例えばK(クロメル−アルメル))の窒化を加速させることを、本願発明者は見出した。本発明では、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線の窒化を抑制するシースを用いることで(具体的には、後述の第9の形態のように、シースに例えばNi(ニッケル)を用いることで)、窒素およびアルカリ金属の内側への拡散を防止でき、これにより、熱電対の芯線の窒化を防止することが可能となる。これにより、熱起電力の低下を防止でき、長時間安定して、環境の温度測定,温度制御が可能となる。   That is, as described above, when there is a substance containing alkali metal and at least nitrogen, for example, nitriding of a sheath made of stainless steel or Inconel and a core wire of a thermocouple (for example, K (chromel-alumel)) is accelerated. The inventor of the present application has found. In the present invention, by using a sheath that suppresses nitriding of the thermocouple core wire even when used in an environment in which a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present (specifically, as in a ninth embodiment described later) In addition, for example, by using Ni (nickel) for the sheath), it is possible to prevent diffusion of nitrogen and alkali metal into the inside, thereby preventing nitriding of the core wire of the thermocouple. As a result, a decrease in thermoelectromotive force can be prevented, and environmental temperature measurement and temperature control can be performed stably for a long time.

(第2の形態)
本発明の第2の形態は、第1の形態の熱電対において、熱電対芯線の外側に設けられているシースは、複数層(多重構造)のシースで構成されていることを特徴としている。
(Second form)
The second aspect of the present invention is characterized in that, in the thermocouple of the first aspect, the sheath provided outside the thermocouple core wire is formed of a sheath having a plurality of layers (multiple structure).

ここで、各層のシースは、互いに接触していても良いし、また、後述のように、隣接するシース間に空間が空いていても良いし、あるいは、隣接するシース間に他の物質が詰まっていても良い。また、各層のシースを構成する材質は、同一のものでも良いし、異なっているものでも良い。   Here, the sheaths of each layer may be in contact with each other, and as described later, there may be a space between adjacent sheaths, or other substances are clogged between adjacent sheaths. May be. Moreover, the material which comprises the sheath of each layer may be the same, and may differ.

このように、第2の形態では、第1の形態の熱電対において、熱電対芯線の外側に設けられているシースは、複数層(多重構造)のシースで構成されているので、熱電対の芯線の窒化をより一層抑制することができる。   Thus, in the second mode, in the thermocouple of the first mode, the sheath provided outside the thermocouple core wire is composed of a sheath having a plurality of layers (multiple structure). The nitriding of the core wire can be further suppressed.

すなわち、シースが複数層となっていることで(すなわち多重構造となっていることで)、1層構造(一重構造)のシースに比較して窒化を抑制できる。すなわち、一層(一重)の場合には、シースの外側から内側方向(即ち熱電対の芯線方向)に向かって、窒化が連続的に進行する。しかし、複数層構造(多重構造)の場合には、シースの層間で一度窒化が終端する。その後、層間をアルカリ金属と窒素が拡散し、次のシース層にたどり着いた場合には、そこからシースの窒化が進行することとなるが、1層構造(一重構造)に比較して窒化をより効果的に抑制することができる。   That is, since the sheath has a plurality of layers (that is, has a multiple structure), nitriding can be suppressed as compared with a sheath having a single layer structure (single structure). That is, in the case of one layer (single layer), nitriding proceeds continuously from the outside of the sheath toward the inside (ie, the core line direction of the thermocouple). However, in the case of a multi-layer structure (multiple structure), nitriding once terminates between the layers of the sheath. After that, when the alkali metal and nitrogen diffuse between the layers and reach the next sheath layer, nitriding of the sheath proceeds from there, but nitriding more than the single layer structure (single structure). It can be effectively suppressed.

(第3の形態)
本発明の第3の形態は、第2の形態の熱電対において、前記複数層(多重構造)のシースの内、少なくとも1つの隣接するシース間に空間があることを特徴としている。
(Third form)
A third aspect of the present invention is characterized in that in the thermocouple of the second aspect, a space is provided between at least one adjacent sheath among the multiple layer (multiple structure) sheaths.

ここで、“空間がある”とは、前述の“隣接するシース間に空間が空いていても良いし、あるいは、隣接するシース間に他の物質が詰まっていて良い”のいずれの場合をも含むものである。   Here, “there is a space” means any of the above-mentioned cases where “a space may be vacant between adjacent sheaths, or other substances may be clogged between adjacent sheaths”. Is included.

このように、第3の形態では、第2の形態の熱電対において、前記複数層(多重構造)のシースの内、少なくとも1つの隣接するシース間に空間があるので、さらにより一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   As described above, in the third embodiment, in the thermocouple of the second embodiment, since there is a space between at least one adjacent sheath among the multiple layer (multiple structure) sheaths, it is even more effective. The nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

すなわち、複数層構造(多重構造)のシース間に空間があることで、最外層のシースの外側から供給されるアルカリ金属と窒素の拡散が、この空間により抑制され、内側のシースへのアルカリ金属と窒素の拡散が更に抑制される。このため、空間がない場合に比較して、シース及び最内側の芯線の窒化がより一層効果的に抑制できる。   That is, since there is a space between the sheaths of a multi-layer structure (multiple structure), diffusion of alkali metal and nitrogen supplied from the outside of the outermost sheath is suppressed by this space, and the alkali metal to the inner sheath is suppressed. And nitrogen diffusion is further suppressed. For this reason, compared with the case where there is no space, nitriding of the sheath and the innermost core wire can be more effectively suppressed.

(第4の形態)
本発明の第4の形態は、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、窒素を構成元素としない気体が充填されていることを特徴としている。
(4th form)
According to a fourth aspect of the present invention, in the thermocouple of the third aspect, the space between the sheaths is filled with a gas not containing nitrogen as a constituent element.

この第4の形態では、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、窒素を構成元素としない気体が充填されているので、熱電対の芯線の窒化をより一層効果的に抑制することができる。   In the fourth embodiment, in the thermocouple of the third embodiment, the space between the sheaths is filled with a gas that does not contain nitrogen as a constituent element, so that the nitriding of the core wire of the thermocouple is more effectively performed. Can be suppressed.

すなわち、シース間の空間に、窒素を構成元素として含む気体が充填されている場合には、最外層のシースの外側から拡散してくる窒素に起因するこの領域の窒素濃度以上に、窒素濃度が高くなる。そのため、この空間より内部(芯線側)方向への窒化は進行しやすくなる。   That is, when the space between the sheaths is filled with a gas containing nitrogen as a constituent element, the nitrogen concentration is higher than the nitrogen concentration in this region due to nitrogen diffusing from the outside of the outermost sheath. Get higher. Therefore, nitriding from the space toward the inside (core side) tends to proceed.

これに対し、第4の形態のように、シース間の空間に窒素を構成元素として含む気体がない場合には、この空間より内部方向への窒化を抑制することができ、その結果、熱電対の芯線の窒化をより一層効果的に抑制することが可能となる。   On the other hand, when there is no gas containing nitrogen as a constituent element in the space between the sheaths as in the fourth embodiment, nitriding in the inner direction from this space can be suppressed, and as a result, the thermocouple It becomes possible to more effectively suppress nitriding of the core wire.

(第5の形態)
本発明の第5の形態は、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、アルカリ金属と化合物を形成する気体が充填されていることを特徴としている。
(5th form)
According to a fifth aspect of the present invention, in the thermocouple of the third aspect, the space between the sheaths is filled with a gas that forms a compound with an alkali metal.

ここで、アルカリ金属とは、第1の形態で述べたアルカリ金属と同一の元素である。   Here, the alkali metal is the same element as the alkali metal described in the first embodiment.

この第5の形態では、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、アルカリ金属と化合物を形成する気体が充填されているので、さらにより一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   In the fifth embodiment, in the thermocouple of the third embodiment, the space between the sheaths is filled with a gas that forms a compound with an alkali metal, so that the core wire of the thermocouple is even more effective. Can be suppressed.

すなわち、このシース間の空間にある気体が、アルカリ金属と化合物を形成することで、内側のシースへのアルカリ金属の拡散を抑制することができ、その結果、内側のシースの窒化(アルカリ金属による窒化の促進)を抑制することができて、熱電対の芯線の窒化が抑制できる。   That is, the gas in the space between the sheaths can form a compound with the alkali metal, thereby suppressing the diffusion of the alkali metal to the inner sheath. As a result, the nitridation of the inner sheath (by the alkali metal) (Promoting nitriding) can be suppressed, and nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

この時、このシース間の空間には窒素を構成元素とする気体が無い方が望ましいが、それがあったとしてもアルカリ金属が化合物を形成することで、それより内側のシース,熱電対の芯線の窒化は大幅に抑制できる。   At this time, it is desirable that there is no gas containing nitrogen as a constituent element in the space between the sheaths, but even if there is, the alkali metal forms a compound so that the inner sheath and the core wire of the thermocouple are formed. The nitridation of can be greatly suppressed.

(第6の形態)
本発明の第6の形態は、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、シースを構成する材質とは異なる材質の固体が充填されていることを特徴としている。
(Sixth form)
According to a sixth aspect of the present invention, in the thermocouple of the third aspect, the space between the sheaths is filled with a solid material different from the material constituting the sheath.

この第6の形態では、第3の形態の熱電対において、前記シース間の空間には、シースを構成する材質とは異なる材質の固体が充填されているので、さらにより一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   In the sixth embodiment, in the thermocouple of the third embodiment, the space between the sheaths is filled with a solid material different from the material constituting the sheath, so that the thermocouple can be made even more effective. Nitriding of the pair of core wires can be suppressed.

すなわち、第6の形態では、上記空間の外側のシースと、このシースとは異なる材質の固体との界面において、アルカリ金属と窒素の拡散が一旦は終端することから、この内側のシースの窒化(アルカリ金属による窒化の促進)を抑制できる。その結果、熱電対の芯線の窒化が抑制可能となる。   That is, in the sixth embodiment, since diffusion of alkali metal and nitrogen once terminates at the interface between the outer sheath of the space and a solid material different from the sheath, the inner sheath is nitrided ( (Promotion of nitriding by alkali metal) can be suppressed. As a result, nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

(第7の形態)
本発明の第7の形態は、第6の形態の熱電対において、前記シース間の空間に充填されている固体は、シースを構成する材質におけるアルカリ金属の拡散速度よりも、アルカリ金属の拡散速度が小さい材質のものであることを特徴としている。
(7th form)
According to a seventh aspect of the present invention, in the thermocouple of the sixth aspect, the solid filled in the space between the sheaths has an alkali metal diffusion rate higher than the alkali metal diffusion rate in the material constituting the sheath. Is made of a small material.

この第7の形態では、第6の形態の熱電対において、前記シース間の空間に充填されている固体は、シースを構成する材質におけるアルカリ金属の拡散速度よりも、アルカリ金属の拡散速度が小さい材質のものであるので、より一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   In the seventh embodiment, in the thermocouple of the sixth embodiment, the solid filled in the space between the sheaths has an alkali metal diffusion rate lower than the alkali metal diffusion rate in the material constituting the sheath. Since it is made of a material, nitriding of the core wire of the thermocouple can be more effectively suppressed.

すなわち、前述したように、アルカリ金属の内側への拡散を抑制することが、最終的に熱電対の劣化抑制につながる。第7の形態では、シースを構成する材質におけるアルカリ金属の拡散速度よりも遅い材質のものが、シース間の空間を充填していることにより、内側へのアルカリ金属の拡散を抑制できる。その結果、内側のシースの窒化を抑制することができ、熱電対の芯線の窒化が抑制できる。   That is, as described above, suppressing the diffusion of alkali metal to the inner side ultimately leads to suppression of deterioration of the thermocouple. In the seventh embodiment, the material that is slower than the diffusion rate of the alkali metal in the material constituting the sheath fills the space between the sheaths, so that the diffusion of the alkali metal to the inside can be suppressed. As a result, nitriding of the inner sheath can be suppressed, and nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

(第8の形態)
本発明の第8の形態は、第6の形態の熱電対において、シース間の空間に充填されている固体は、アルカリ金属と反応する材質のものであることを特徴としている。
(8th form)
According to an eighth aspect of the present invention, in the thermocouple of the sixth aspect, the solid filled in the space between the sheaths is made of a material that reacts with an alkali metal.

この第8の形態では、第6の形態の熱電対において、シース間の空間に充填されている固体は、アルカリ金属と反応する材質のものであるので、より一層効果的に、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   In the eighth embodiment, in the thermocouple of the sixth embodiment, since the solid filled in the space between the sheaths is made of a material that reacts with an alkali metal, the core wire of the thermocouple is more effectively obtained. Can be suppressed.

すなわち、上記シース間の空間に充填されている固体が、アルカリ金属と化合物を形成することで、これより内側のシースへのアルカリ金属の拡散を抑制することができる。その結果、内側のシースの窒化(アルカリ金属による窒化の促進)を抑制することができ、熱電対の芯線の窒化が抑制できる。   That is, the solid filled in the space between the sheaths forms a compound with the alkali metal, so that the diffusion of the alkali metal to the inner sheath can be suppressed. As a result, nitriding of the inner sheath (promoting nitriding with an alkali metal) can be suppressed, and nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

この時、このシース間の固体には窒素を構成元素とする物質が無い方が望ましいが、それがあったとしてもアルカリ金属が化合物を形成することで、それより内側のシースの窒化は大幅に抑制できる。   At this time, it is desirable that the solid between the sheaths does not have a substance containing nitrogen as a constituent element, but even if there is, the alkali metal forms a compound, so that the nitriding of the inner sheath is greatly reduced. Can be suppressed.

(第9の形態)
本発明の第9の形態は、第1乃至第8のいずれかの形態の熱電対において、シース材質は、Niであることを特徴としている。
(9th form)
According to a ninth aspect of the present invention, in the thermocouple according to any one of the first to eighth aspects, the sheath material is Ni.

この第9の形態では、第1乃至第8のいずれかの形態の熱電対において、シース材質は、Niであるので、熱電対の芯線の窒化を抑制することができる。   In the ninth embodiment, in the thermocouple of any one of the first to eighth embodiments, since the sheath material is Ni, nitriding of the core wire of the thermocouple can be suppressed.

すなわち、Niは、アルカリ金属が存在しても、III族窒化物が結晶成長する条件下では窒化物を形成しない。このため、Niで形成されているシースよりも内側への窒素およびアルカリ金属の拡散を防止できる。この結果、熱電対の芯線の劣化を大幅に抑制できる。   That is, even if an alkali metal is present, Ni does not form a nitride under the condition that the group III nitride grows. For this reason, it is possible to prevent diffusion of nitrogen and alkali metal to the inside of the sheath formed of Ni. As a result, deterioration of the core wire of the thermocouple can be significantly suppressed.

(第10の形態)
本発明の第10の形態は、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、該反応系には、第1乃至第9のいずれかの形態の熱電対が用いられていることを特徴としている。
(10th form)
According to a tenth aspect of the present invention, in the reaction system using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen, the thermocouple of any one of the first to ninth aspects is used for the reaction system. It is said.

この第10の形態では、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、該反応系には、第1乃至第9のいずれかの形態の熱電対が用いられているので、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、長時間安定的に反応系の高精度温度測定,温度制御が可能となる。   In the tenth embodiment, in the reaction system using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen, the thermocouple of any one of the first to ninth forms is used in the reaction system. In a reaction system using a substance containing at least nitrogen, highly accurate temperature measurement and temperature control of the reaction system can be stably performed for a long time.

なお、第10の形態は、III族窒化物結晶成長を行なう系のみならず、III族窒化物結晶成長を行なう系以外にも、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いて反応を行う系であれば、全てに適応可能である。   The tenth embodiment is not only a system that performs group III nitride crystal growth, but also a system that performs a reaction using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen, in addition to a system that performs group III nitride crystal growth. If so, it can be applied to all.

(第11の形態)
本発明の第11の形態は、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、該結晶成長装置には、第1乃至第9のいずれかの形態の熱電対が用いられていることを特徴としている。
(Eleventh form)
In an eleventh aspect of the present invention, in a reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, a group III metal and In a crystal growth apparatus for crystal growth of a group III nitride composed of nitrogen, the crystal growth apparatus uses a thermocouple of any one of the first to ninth forms.

ここで、結晶成長装置は、例えば、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物結晶成長装置である。   Here, in the crystal growth apparatus, for example, in a reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, a group III metal Group III nitride crystal growth apparatus for growing a group III nitride composed of nitrogen and nitrogen.

なお、III族金属とは、Ga,Al,In等である。   The group III metal is Ga, Al, In or the like.

このように、III族窒化物結晶成長装置に本発明の熱電対が用いられる場合、III族窒化物結晶成長装置の反応容器内において、該反応容器内の温度を、シースを介して、熱電対の芯線が熱起電力として発生させ、その熱起電力を外部に取り出し、測定することで反応容器内の温度を高精度に計測出来る。   As described above, when the thermocouple of the present invention is used in a group III nitride crystal growth apparatus, the temperature in the reaction container is set in the reaction container of the group III nitride crystal growth apparatus via the sheath. The core wire is generated as a thermoelectromotive force, and the thermoelectromotive force is taken out and measured, whereby the temperature in the reaction vessel can be measured with high accuracy.

この第11の形態では、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、該結晶成長装置には、第1乃至第9のいずれかの形態の熱電対が用いられているので、高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長することが可能となる。   In the eleventh embodiment, the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the group III metal and nitrogen are separated from the mixed melt and the substance containing at least nitrogen. In the crystal growth apparatus for growing a group III nitride composed of the above-described crystal growth apparatus, since the thermocouple of any one of the first to ninth forms is used, a high-quality and large-sized III It becomes possible to grow a group nitride crystal.

すなわち、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在しても、熱電対の芯線が窒化することを抑制できることで、熱起電力の低下防止につながり、長時間安定的にIII族窒化物結晶成長装置内の反応系の高精度な温度測定,温度制御が可能となる。その結果、高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることができる。   That is, even if a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is present, the core wire of the thermocouple can be suppressed from nitriding, leading to prevention of a decrease in thermoelectromotive force, and a group III nitride crystal growth apparatus stably for a long time. High-accuracy temperature measurement and temperature control of the reaction system is possible. As a result, it is possible to grow a large group III nitride crystal with high quality.

次に、本発明の実施例を説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

実施例1は、第1,第9の形態に対応するものである。図1は実施例1の熱電対を示す図である。なお、図1には、熱電対の内、アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系に触れる領域のみが断面で示されている。図1の下部の図示していない領域は、直接的には本発明と関係しないことから、図示を省略している。この下部の領域の図示の省略は、以下の各実施例でも同様である。   Example 1 corresponds to the first and ninth embodiments. 1 is a diagram illustrating a thermocouple of Example 1. FIG. In FIG. 1, only a region of the thermocouple that is in contact with a reaction system using a substance containing an alkali metal and at least nitrogen is shown in cross section. An area not shown in the lower part of FIG. 1 is not directly related to the present invention, and is not shown. The illustration of the lower region is the same in the following embodiments.

図1を参照すると、熱電対の芯線101とシース102との間に絶縁材103がある。この実施例1では、芯線101はK(クロメル−アルメル)で形成されており(すなわち、K熱電対であり)、また、シース102の材質はNi(ニッケル)であり、絶縁材103はMgOである。ここで、シース102は、保護管であり、円筒状である。シース102の先端部(最上部)は矩形になっているが、特にこの形状は問わない。シースの形状に関しては、以下の各実施例でも、この実施例1と同様である。   Referring to FIG. 1, there is an insulating material 103 between the core wire 101 and the sheath 102 of the thermocouple. In the first embodiment, the core wire 101 is made of K (chromel-alumel) (that is, a K thermocouple), the sheath 102 is made of Ni (nickel), and the insulating material 103 is made of MgO. is there. Here, the sheath 102 is a protective tube and has a cylindrical shape. The distal end portion (uppermost portion) of the sheath 102 is rectangular, but this shape is not particularly limited. Regarding the shape of the sheath, the following examples are the same as those of the example 1.

この実施例1では、シース102の材質がNiであることから、シース102の外側に、アルカリ金属としてNa、少なくとも窒素を含む物質として窒素ガス(N)が存在しても、シース102の窒化は抑制され、熱電対起電力の低下を防止できる。 In the first embodiment, since the material of the sheath 102 is Ni, the sheath 102 is nitrided even if there is Na as an alkali metal and nitrogen gas (N 2 ) as a substance containing at least nitrogen outside the sheath 102. Is suppressed, and a decrease in thermocouple electromotive force can be prevented.

なお、シースがSUS(ステンレススチール)である場合でも、シースの表面をNiメッキしたものにすれば、シースの材質をNiにした場合と同様の効果が得られる。   Even when the sheath is SUS (stainless steel), if the sheath surface is Ni-plated, the same effect as that obtained when the sheath material is Ni can be obtained.

実施例2は、第1,第2の形態に対応するものである。図2は実施例2の熱電対を示す図である。なお、図2において、図1と同様の箇所には同じ符号を付し、説明を省略する。   Example 2 corresponds to the first and second embodiments. FIG. 2 is a diagram showing a thermocouple of the second embodiment. In FIG. 2, the same parts as those in FIG.

図2を参照すると、熱電対の芯線101と絶縁材103の外側に第一のシース202があり、第一のシース202の外側に第二のシース204がある。第一のシース202と第二のシース204の間にはシース界面205があり、二重シース構造となっている。第一のシース202と第二のシース204の材質は両方共に、SUS(ステンレススチール)である。   Referring to FIG. 2, a first sheath 202 is provided outside the core wire 101 and the insulating material 103 of the thermocouple, and a second sheath 204 is provided outside the first sheath 202. There is a sheath interface 205 between the first sheath 202 and the second sheath 204, which forms a double sheath structure. Both the material of the first sheath 202 and the second sheath 204 is SUS (stainless steel).

通常一般的な一重SUSシースのK熱電対の場合には、シースの外側にアルカリ金属としてのNaと窒素ガスとがあると、800℃程度の温度で、背景技術で述べたように、熱電対の起電力低下が起こる。これに対し、この実施例2では、シースを二重シース構造とすることで、SUSの窒化が界面205で一旦終端することから、熱電対の劣化を抑制できる。   In the case of a general single SUS sheath K thermocouple, if Na and nitrogen gas as alkali metals are present outside the sheath, as described in the background art at a temperature of about 800 ° C. Reduced electromotive force. On the other hand, in this Example 2, since the sheath has a double sheath structure, SUS nitridation once terminates at the interface 205, so that deterioration of the thermocouple can be suppressed.

この第二のシース204の材質が、実施例1で述べたようなNiであれば(あるいは、第二のシース204の表面をNiメッキしたものであれば)、SUSに比較して劣化を更に抑制できる。   If the material of the second sheath 204 is Ni as described in the first embodiment (or if the surface of the second sheath 204 is Ni-plated), the deterioration is further improved compared to SUS. Can be suppressed.

図3には、SUS製の第一のシース202の外側にある第二のシース204としてNi管を用いた場合と、第一のシース202のみの場合との熱電対劣化の比較結果が示されている。なお、図3の縦軸Lは、熱電対の劣化が開始する時間(すなわち、使用開始から起電力の低下が始まる時間)である。また、横軸は絶対温度の逆数に10(10の4乗)をかけた値である。 FIG. 3 shows a comparison result of deterioration of thermocouple between the case where the Ni tube is used as the second sheath 204 outside the first sheath 202 made of SUS and the case where only the first sheath 202 is used. ing. In addition, the vertical axis | shaft L of FIG. 3 is time (namely, time when the fall of an electromotive force starts from a use start) when deterioration of a thermocouple starts. The horizontal axis represents a value obtained by multiplying the inverse of absolute temperature by 10 4 (10 4).

図3から、第二のシース204としてNi管を用いることで、これを用いない場合に比較して、熱電対の寿命を一桁程度長くすることが可能となることが判る。   From FIG. 3, it can be seen that the use of a Ni tube as the second sheath 204 makes it possible to increase the life of the thermocouple by an order of magnitude as compared to the case where it is not used.

この結果、第二のシース204としてNi管を用いることで、長時間安定して温度測定,温度制御することが可能な熱電対を提供できる。   As a result, by using a Ni tube as the second sheath 204, it is possible to provide a thermocouple capable of temperature measurement and temperature control stably for a long time.

なお、この実施例2ではシースは二重構造となっているが、シースは、二重以上の多重構造にすることもでき、第二のシースの外側に第三のシース、更に外側に第四のシースと、多重構造になればなるほど、熱電対の劣化をより抑制できる。   In Example 2, the sheath has a double structure. However, the sheath may have a double or more multiple structure. The third sheath is outside the second sheath, and the fourth sheath is outside. The more the sheath and the multiple structure, the more the deterioration of the thermocouple can be suppressed.

実施例3は、第1,第2,第3,第4,第5の形態に対応するものである。図4は実施例3の熱電対を示す図である。なお、図4において、図1,図2と同様の箇所には同じ符号を付し、説明を省略する。   The third embodiment corresponds to the first, second, third, fourth, and fifth embodiments. FIG. 4 is a diagram illustrating a thermocouple of Example 3. In FIG. 4, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図4を参照すると、第一のシース202の外側に第二のシース204があり、これらのシース202,204の間に空間305がある。この空間305には、例えば空気が充填されている。これらシース202,204の材質は、実施例2と同様にSUSである。   Referring to FIG. 4, there is a second sheath 204 outside the first sheath 202, and there is a space 305 between these sheaths 202, 204. This space 305 is filled with, for example, air. The material of these sheaths 202 and 204 is SUS as in the second embodiment.

この実施例3では、第二のシース204の外側にアルカリ金属としてのNaと窒素ガスとがあり、800℃程度の温度であっても、シースが二重シース構造となっており、さらには、シース間に、空間305があることで、熱電対の劣化をより一層効果的に抑制できる。すなわち、実施例3では、第二のシース204の外側から拡散してきたNaが、空間305があることで第一のシース202表面に付着するまでの時間が、空間305が無い場合(第一のシース202と第二のシース204が接している場合)に比較して多く必要とする。この結果、熱電対の劣化をより一層効果的に抑制することが可能となる。   In Example 3, there are Na and nitrogen gas as alkali metals outside the second sheath 204, and the sheath has a double sheath structure even at a temperature of about 800 ° C. The presence of the space 305 between the sheaths can more effectively suppress deterioration of the thermocouple. That is, in Example 3, the time until Na diffused from the outside of the second sheath 204 adheres to the surface of the first sheath 202 due to the presence of the space 305 does not exist in the space 305 (the first More than the case where the sheath 202 and the second sheath 204 are in contact with each other. As a result, it is possible to more effectively suppress deterioration of the thermocouple.

上述の例では、シース間の空間305に空気を充填したが、この空間305に窒素を構成元素としない気体として、例えばAr(アルゴン)を充填した場合には、第一のシース202の表面からの窒化が、空気を充填する場合に比較して、より一層抑制可能となる。この場合、第二のシース204の外側から窒化が進行し、空間305中に窒素が拡散してくるが、空間305中の窒素濃度が空気に比較してArの場合の方が少ないため、第一のシースの窒化速度を抑制することができる。   In the above-described example, the space 305 between the sheaths is filled with air. However, for example, when Ar (argon) is filled in the space 305 as a gas that does not contain nitrogen, the space 305 starts from the surface of the first sheath 202. This nitriding can be further suppressed as compared with the case of filling with air. In this case, nitriding proceeds from the outside of the second sheath 204, and nitrogen diffuses into the space 305. However, since the nitrogen concentration in the space 305 is less in the case of Ar than in air, the first The nitriding rate of one sheath can be suppressed.

更に、この空間305に水分(水蒸気)を充填させた場合にも、熱電対の劣化を抑制できる。これは、第二のシース204を介して拡散してきたNaが、空間305中の水分と反応することで、第一のシース202を拡散することを抑制できるためである。   Furthermore, even when this space 305 is filled with moisture (water vapor), deterioration of the thermocouple can be suppressed. This is because Na diffused through the second sheath 204 can be prevented from diffusing through the first sheath 202 by reacting with moisture in the space 305.

なお、この場合には、気体の導入が無いため(すなわち、気体の移動による熱の移動が起こらないため)、より正確な温度計測が可能となる。   In this case, since there is no introduction of gas (that is, heat does not move due to gas movement), more accurate temperature measurement is possible.

また、この実施例3では、シースは二重構造となっているが、シースは、二重以上の多重構造にすることもでき、第二のシースの外側に第三のシース、更に外側に第四のシースと、多重構造でその間に空間数が多くなればなるほど、熱電対の劣化をより一層抑制できる。   In Example 3, the sheath has a double structure. However, the sheath can have a double or more multiple structure. The third sheath is outside the second sheath, and the sheath is outside the second sheath. As the number of spaces between the four sheaths and the multiple structure increases, deterioration of the thermocouple can be further suppressed.

実施例4は第6,第7,第8の形態に対応するものである。図5は実施例4の熱電対を示す図である。なお、図5において、図1,図2,図4と同様の箇所には同じ符号を付し、説明を省略する。   Example 4 corresponds to the sixth, seventh, and eighth embodiments. FIG. 5 is a diagram illustrating a thermocouple of Example 4. In FIG. 5, the same parts as those in FIGS. 1, 2, and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図5を参照すると、第一のシース202と第二のシース204との間にシース間充填材405がある。これらシース202,204の材質は、実施例2,実施例3と同様にSUSであるが、シース間充填材405は、シース202,204と異なる材質のSiOである。このSiOは、粉末でも良いし、石英管のような密な固体であっても良い。 Referring to FIG. 5, there is an inter-sheath filler 405 between the first sheath 202 and the second sheath 204. The material of the sheaths 202 and 204 is SUS as in the second and third embodiments, but the inter-sheath filler 405 is SiO 2 made of a material different from that of the sheaths 202 and 204. This SiO 2 may be a powder or a dense solid such as a quartz tube.

この実施例4では、第二のシース204の外側にアルカリ金属としてのNaと窒素ガスとがあり、800℃程度の温度であっても、シースが二重シース構造となっており、さらには、シース間に充填材405あることで、熱電対の劣化をより一層効果的に抑制できる。すなわち、実施例4では、第二のシース204の外側から拡散してきたNaが第一のシース202表面に付着するまでの時間が、シース間充填材405があることで、シース間充填材405が無い場合(第一のシース202と第二のシース204が接している場合)に比較して、長くなる。この結果、熱電対の劣化をより一層効果的に抑制することが可能となる。   In Example 4, there are Na and nitrogen gas as alkali metals outside the second sheath 204, and the sheath has a double sheath structure even at a temperature of about 800 ° C. By having the filler 405 between the sheaths, it is possible to more effectively suppress deterioration of the thermocouple. That is, in Example 4, the time until Na diffused from the outside of the second sheath 204 adheres to the surface of the first sheath 202 is such that the inter-sheath filler 405 Compared to the case where the first sheath 202 and the second sheath 204 are in contact with each other, the length becomes longer. As a result, it is possible to more effectively suppress deterioration of the thermocouple.

上述の例では、シース間に充填材405としてSiOを充填したが、アルカリ金属Naの拡散速度がSiOよりもさらに遅い窒化珪素(Si)をシース間充填材405として充填した場合には、前述のSiOをシース間充填材405として用いた場合より、熱電対の劣化抑制には効果的である。 In the above example, SiO 2 is filled as the filler 405 between the sheaths, but when silicon nitride (Si 3 N 4 ), whose diffusion rate of alkali metal Na is slower than SiO 2 , is filled as the inter-sheath filler 405. Is more effective in suppressing deterioration of the thermocouple than when the above-mentioned SiO 2 is used as the inter-sheath filler 405.

更に、シース間充填材405としてアルミナ(Al)を用いた場合には、アルミナと第二のシース204を介して拡散してきたNaが反応し、βアルミナ(NaO・11Al)となる。この結果、熱電対の劣化を抑制することができる。 Further, when alumina (Al 2 O 3 ) is used as the inter-sheath filler 405, the alumina and Na diffused through the second sheath 204 react to form β-alumina (Na 2 O · 11Al 2 O 3 ) As a result, deterioration of the thermocouple can be suppressed.

実施例5は、第11の形態に対応するものである。図6は実施例5のIII族窒化物結晶成長装置を示す図である。   Example 5 corresponds to the eleventh mode. FIG. 6 is a view showing a group III nitride crystal growth apparatus of Example 5.

図6を参照すると、第一の反応容器501の内側に第二の反応容器513があり、その間(第一の反応容器501の内側で、第二の反応容器513の外側)にIII族窒化物が結晶成長可能な温度に制御できるように加熱装置506が設けられている。第二の反応容器513の内側には、混合融液保持容器502が設置されている。混合融液保持容器502内には、少なくともIII族金属を含む物質としてのGaとアルカリ金属としてのNaから構成される混合融液503がある。また、混合融液保持容器502の上には蓋509がある。そして、この混合融液保持容器502と蓋509の間には、気体が出入できる程度の僅かな隙間がある。   Referring to FIG. 6, there is a second reaction vessel 513 inside the first reaction vessel 501, and a group III nitride in between (inside the first reaction vessel 501 and outside the second reaction vessel 513). Is provided with a heating device 506 so that the temperature can be controlled so that the crystal can grow. A mixed melt holding vessel 502 is installed inside the second reaction vessel 513. In the mixed melt holding container 502, there is a mixed melt 503 composed of Ga as a substance containing at least a group III metal and Na as an alkali metal. A lid 509 is provided on the mixed melt holding container 502. There is a slight gap between the mixed melt holding container 502 and the lid 509 so that gas can enter and exit.

また、図6の装置では、混合融液保持容器502の温度を検知する熱電対512が、第二の反応容器513内に設置されている。この熱電対512には、前述の各実施例で説明したような、本発明のシース型熱電対が用いられている。この熱電対512は、加熱装置506に、温度のフィードバック制御が可能なように接続されている。   In the apparatus of FIG. 6, a thermocouple 512 for detecting the temperature of the mixed melt holding container 502 is installed in the second reaction container 513. As the thermocouple 512, the sheathed thermocouple of the present invention as described in the above embodiments is used. The thermocouple 512 is connected to the heating device 506 so that temperature feedback control is possible.

また、図6の装置では、少なくとも窒素を含む物質として、窒素ガスを用いている。窒素ガスは、ガス供給管504を通して、第一の反応容器501外に設置されている窒素ガス容器507から、第一の反応容器501内、及び第二の反応容器513内の空間508に供給することができる。この窒素ガスの圧力を調整するために、圧力調整弁505が設けられている。また、反応容器内の窒素ガスの圧力を検知する圧力センサー511が設置されている。このとき、第一の反応容器501内と第二の反応容器513内のそれぞれの圧力がほぼ同じ圧力で、且つ所定の圧力となるように、圧力センサー111は圧力調整弁105にフィードバックをかけるようになっている。   In the apparatus of FIG. 6, nitrogen gas is used as a substance containing at least nitrogen. Nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas container 507 installed outside the first reaction container 501 to the space 508 in the first reaction container 501 and the second reaction container 513 through the gas supply pipe 504. be able to. In order to adjust the pressure of the nitrogen gas, a pressure adjustment valve 505 is provided. Further, a pressure sensor 511 for detecting the pressure of nitrogen gas in the reaction vessel is installed. At this time, the pressure sensor 111 feeds back the pressure regulating valve 105 so that the pressures in the first reaction vessel 501 and the second reaction vessel 513 are substantially the same pressure and become a predetermined pressure. It has become.

図6の装置を用いて、反応容器101内の窒素圧力を3MPa、混合融液保持容器102の温度を850℃に設定し、この状態で、これら温度,圧力を保持することで、GaN結晶510を成長させることができる。   Using the apparatus of FIG. 6, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is set to 3 MPa and the temperature of the mixed melt holding vessel 102 is set to 850 ° C. In this state, these temperatures and pressures are maintained, whereby the GaN crystal 510 Can grow.

この時、熱電対512に本発明の熱電対が用いられることで、Naと窒素が存在する場合にも、熱電対の劣化を防止できることから、数百時間の安定的な結晶成長が可能となる。この結果、高品質で大型のGaN結晶を成長させることが可能となる。   At this time, since the thermocouple of the present invention is used for the thermocouple 512, even when Na and nitrogen are present, the thermocouple can be prevented from deteriorating, so that stable crystal growth of several hundred hours is possible. . As a result, it is possible to grow a large GaN crystal with high quality.

このように、本発明の熱電対は、特に、アルカリ金属と窒素を用いる反応系に用いられる。より具体的には、上述のように例えばIII族窒化物結晶成長装置に用いられる。
Thus, the thermocouple of the present invention is particularly used in a reaction system using an alkali metal and nitrogen. More specifically, as described above, for example, it is used in a group III nitride crystal growth apparatus.

実施例1の熱電対を示す図である。1 is a diagram illustrating a thermocouple of Example 1. FIG. 実施例2の熱電対を示す図である。6 is a diagram showing a thermocouple of Example 2. FIG. SUS製の第一のシース202の外側にある第二のシース204としてNi管を用いた場合と、第一のシース202のみの場合との熱電対劣化の比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the thermocouple deterioration when the Ni tube is used as the second sheath 204 outside the first sheath 202 made of SUS and when only the first sheath 202 is used. 実施例3の熱電対を示す図である。6 is a diagram showing a thermocouple of Example 3. FIG. 実施例4の熱電対を示す図である。6 is a diagram showing a thermocouple of Example 4. FIG. 実施例5のIII族窒化物結晶成長装置を示す図である。FIG. 10 is a view showing a group III nitride crystal growth apparatus of Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

101 熱電対の芯線
102 熱電対のシース
103 絶縁材
202 第一のシース
204 第二のシース
205 シース界面
305 シース間の空間
405 シース間充填材
501 第一の反応容器
502 混合融液保持容器
503 混合融液
504 ガス供給管
505 窒素圧力調整弁
506 加熱装置
507 窒素ガス容器
508 反応容器内の空間
509 混合融液保持容器の蓋
510 GaN結晶
511 圧力センサー
512 熱電対
513 第二の反応容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Thermocouple core wire 102 Thermocouple sheath 103 Insulating material 202 First sheath 204 Second sheath 205 Sheath interface 305 Space between sheaths 405 Filler between sheaths 501 First reaction vessel 502 Mixed melt holding vessel 503 Mixing Melt 504 Gas supply pipe 505 Nitrogen pressure regulating valve 506 Heating device 507 Nitrogen gas container 508 Space in reaction container 509 Lid of mixed melt holding container 510 GaN crystal 511 Pressure sensor 512 Thermocouple 513 Second reaction container

Claims (4)

アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質が存在する環境で使用される場合にも熱電対芯線が窒化することを抑制するシースが、熱電対芯線の外側に設けられており、
熱電対芯線の外側に設けられているシースは、複数層のシースで構成され、
前記複数層のシースの内、少なくとも1つの隣接するシース間に空間があり、
前記シース間の空間には、アルカリ金属と化合物を形成する気体が充填されていることを特徴とする熱電対。
A sheath that suppresses nitriding of the thermocouple core wire even when used in an environment in which a substance containing alkali metal and at least nitrogen exists is provided outside the thermocouple core wire ,
The sheath provided outside the thermocouple core wire is composed of a plurality of layers of sheaths,
There is a space between at least one adjacent sheath of the multiple layers of sheaths;
A thermocouple characterized in that the space between the sheaths is filled with a gas that forms a compound with an alkali metal .
請求項1に記載の熱電対において、シース材質は、Niであることを特徴とする熱電対。 The thermocouple according to claim 1, wherein the sheath material is Ni. アルカリ金属と少なくとも窒素を含む物質を用いる反応系において、該反応系には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられていることを特徴とする反応系。 The reaction system using the substance containing an alkali metal and at least nitrogen, The thermocouple of Claim 1 or 2 is used for this reaction system, The reaction system characterized by the above-mentioned. 反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させる結晶製造装置において、該結晶製造装置には、請求項1または2に記載の熱電対が用いられていることを特徴とする結晶製造装置。 In the reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and a group III nitridation composed of a group III metal and nitrogen is formed from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen. in things a crystal manufacturing apparatus for crystal growth, the crystal production apparatus, the crystal production apparatus characterized in that it thermocouple is used according to claim 1 or 2.
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