JP6057281B2 - Single crystal manufacturing apparatus and single crystal manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、単結晶製造装置及び単結晶製造方法に関し、特に、EFG(Edge-defined Film-fed Growth)法において利用可能な単結晶製造装置及び単結晶製造方法に関する。   The present invention relates to a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method, and more particularly to a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method that can be used in an edge-defined film-fed growth (EFG) method.

EFG法により単結晶を製造する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の単結晶製造装置では、原料が充填されたルツボと、ルツボ内に立設されてスリットを有する金型(ダイ)と、ルツボの開口部を除くルツボの上面を閉塞する蓋を有している。   An apparatus for producing a single crystal by the EFG method is known (for example, see Patent Document 1). In the single crystal manufacturing apparatus described in Patent Document 1, a crucible filled with raw materials, a die (die) standing in the crucible and having a slit, and a lid for closing the upper surface of the crucible except for the opening of the crucible have.

特許文献1に記載の単結晶製造装置では、種結晶保持具に保持された種結晶を、毛細管現象によって金型の上面部に溜まった原料融液に接触させて、引き上げることにより、単結晶を成長させている。   In the single crystal manufacturing apparatus described in Patent Document 1, the seed crystal held in the seed crystal holder is brought into contact with the raw material melt accumulated on the upper surface of the mold by capillary action, and the single crystal is pulled up. Growing up.

ところで、種結晶と金型との位置関係で、製造される単結晶の成長する結晶方向が規定され、結晶方向が単結晶の性能に影響を与えることから、種結晶と金型との位置合わせは慎重に行う必要があった。   By the way, the positional relationship between the seed crystal and the mold defines the crystal direction in which the produced single crystal grows, and the crystal direction affects the performance of the single crystal. Had to be done carefully.

特開2006−312571号公報(13−15頁、図6)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-312571 (pages 13-15, FIG. 6)

しかしながら、種結晶が金型に対して小さい場合には、目視で種結晶と金型の位置合わせを行うことは難しかった。また、種結晶の位置を微調整できるような制御機構は大掛かりであるため、高価であってコストがかかるという問題もあった。   However, when the seed crystal is small relative to the mold, it has been difficult to visually align the seed crystal and the mold. In addition, since the control mechanism that can finely adjust the position of the seed crystal is large, there is a problem that it is expensive and expensive.

そこで、本発明は、簡単な構成で、種結晶と金型との位置合わせを可能とする単結晶製造装置及び単結晶製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the single-crystal manufacturing apparatus and single-crystal manufacturing method which enable position alignment with a seed crystal and a metal mold | die with a simple structure.

また、本発明は、EFG法を利用した場合において、種結晶と金型との位置決めが容易にでき、品質の高い単結晶を成長させることを可能とする単結晶製造装置及び単結晶製造方法を提供することを目的とする。   In addition, the present invention provides a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method capable of easily positioning a seed crystal and a mold and growing a high-quality single crystal when the EFG method is used. The purpose is to provide.

本発明に係る単結晶製造装置は、単結晶の材料となる融液を上面部に保持する金型と、上面部に保持された融液に種結晶を接触させながら移動させる移動手段とを備え、種結晶と当接し且つ種結晶の位置を規定するガイド部材を更に備え、ガイド部材は種結晶の基準面と平行なガイド基準部を有し、ガイド基準部は金型の前記上面部の一辺と平行であることを特徴とする。   A single crystal manufacturing apparatus according to the present invention includes a mold for holding a melt as a single crystal material on an upper surface portion, and a moving means for moving the seed crystal in contact with the melt held on the upper surface portion. The guide member further includes a guide member that contacts the seed crystal and defines the position of the seed crystal, the guide member having a guide reference portion parallel to the reference surface of the seed crystal, and the guide reference portion is one side of the upper surface portion of the mold. It is characterized by being parallel to.

さらに、本発明に係る単結晶製造装置では、移動手段にガイド部材を固定する固定部材を更に有することが好ましい。   Furthermore, the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention preferably further includes a fixing member that fixes the guide member to the moving means.

さらに、本発明に係る単結晶製造装置では、種結晶にガイド部材を固定するためのバネ部材を更に有することが好ましい。   Furthermore, the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention preferably further includes a spring member for fixing the guide member to the seed crystal.

本発明に係る単結晶製造方法は、単結晶の材料となる融液を上面部に保持する金型と、種結晶を移動するための移動手段とを備えた単結晶製造装置において、種結晶の基準面と平行なガイド基準部を有するガイド部材を種結晶の基準面と当接させ、ガイド基準部を金型の上面部の一辺と平行となるように設定し、移動手段によって上面部に保持された融液に種結晶を接触させながら移動させるステップを有することを特徴とする。   A method for producing a single crystal according to the present invention includes a mold for holding a melt as a material for a single crystal on an upper surface portion, and a moving device for moving the seed crystal. A guide member having a guide reference portion parallel to the reference surface is brought into contact with the reference surface of the seed crystal, the guide reference portion is set to be parallel to one side of the upper surface portion of the mold, and held on the upper surface portion by the moving means. And a step of moving the seed crystal in contact with the melt.

さらに、本発明に係る単結晶製造方法では、移動手段によってガイド部材は種結晶と同時に引き上げられることが好ましい。   Furthermore, in the single crystal manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the guide member is pulled up simultaneously with the seed crystal by the moving means.

さらに、本発明に係る単結晶製造方法では、移動手段にガイド部材を固定する固定部材を更に有することが好ましい。   Furthermore, in the single crystal manufacturing method according to the present invention, it is preferable to further include a fixing member for fixing the guide member to the moving means.

さらに、本発明に係る単結晶製造方法では、種結晶にガイド部材を固定するためのバネ部材を更に有することが好ましい。   Furthermore, in the single crystal manufacturing method according to the present invention, it is preferable to further include a spring member for fixing the guide member to the seed crystal.

本発明に係る単結晶製造装置及び単結晶製造方法では、種結晶自体と金型との位置合わせを行うのではなく、種結晶に固定されたガイド部材の第1基準部と金型に設定された第2基準部との位置合わせを行うので、種結晶を金型に対して正確に位置決めすることが可能となった。   In the single crystal manufacturing apparatus and the single crystal manufacturing method according to the present invention, the alignment between the seed crystal itself and the mold is not performed, but the first reference portion of the guide member fixed to the seed crystal and the mold are set. In addition, since the alignment with the second reference portion is performed, the seed crystal can be accurately positioned with respect to the mold.

また、本発明に係る単結晶製造装置及び単結晶製造方法では、種結晶に固定されたガイド部材は、種結晶を保持するホルダに取り付けられるために、装置を改良する必要もなく、安価に、種結晶と金型との位置決め精度を高めることが可能となった。   Moreover, in the single crystal manufacturing apparatus and the single crystal manufacturing method according to the present invention, the guide member fixed to the seed crystal is attached to the holder that holds the seed crystal, so there is no need to improve the apparatus, and the cost is low. The positioning accuracy between the seed crystal and the mold can be improved.

さらに、本発明に係る単結晶製造装置及び単結晶製造方法では、種結晶の基準面と平行となる基準辺を少なくとも1辺有するガイド部材を有しているので、ガイド部材の基準辺と金型とを所望の方位に合わせることが可能となった。これによって、種結晶を金型に対して間接的に所望の結晶方位に容易且つ正確に位置決めすることが可能となった。   Furthermore, in the single crystal manufacturing apparatus and the single crystal manufacturing method according to the present invention, since the guide member has at least one reference side parallel to the reference plane of the seed crystal, the reference side of the guide member and the mold Can be adjusted to the desired orientation. As a result, the seed crystal can be easily and accurately positioned in the desired crystal orientation indirectly with respect to the mold.

(a)は単結晶製造装置1の上面図であり、(b)は単結晶製造装置1の概略断面図であり、(c)はガイド部材の先端部形状を示す図である。(A) is a top view of the single crystal manufacturing apparatus 1, (b) is a schematic cross-sectional view of the single crystal manufacturing apparatus 1, and (c) is a diagram showing a tip shape of the guide member. 図1に示す単結晶製造装置1の一部分の斜視図である。It is a perspective view of a part of the single crystal manufacturing apparatus 1 shown in FIG. EFG法による単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the single crystal by EFG method. ガイド部材の種結晶50への他の固定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other fixing method of the guide member to the seed crystal. 種結晶から成長させた単結晶を模式化して示した図である。It is the figure which showed typically the single crystal grown from the seed crystal. 種結晶と金型がずれて位置決めされた場合を模式化して示した図である。It is the figure which showed typically the case where a seed crystal and a metal mold | die shifted and were positioned. 更に他のガイド部材を示す図である。It is a figure which shows another guide member. 更に他のガイド部材を示す図である。It is a figure which shows another guide member.

以下図面を参照し単結晶製造装置及び単結晶製造方法について説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。   Hereinafter, a single crystal manufacturing apparatus and a single crystal manufacturing method will be described with reference to the drawings. However, it should be understood that the invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.

図1(a)は単結晶製造装置1の上面図であり、図1(b)は単結晶製造装置1の概略断面図であり、図1(c)はガイド部材の先端部形状を示す図である。図2は、図1に示す単結晶製造装置1の一部分の斜視図である。   FIG. 1A is a top view of the single crystal manufacturing apparatus 1, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the single crystal manufacturing apparatus 1, and FIG. 1C is a diagram showing the tip shape of the guide member. It is. FIG. 2 is a perspective view of a part of the single crystal manufacturing apparatus 1 shown in FIG.

単結晶製造装置1は、耐火物外枠10、耐火物外枠10の上部に配置された耐火物上蓋11、耐火物外枠10内に配置されたルツボ20、ルツボ20内に配置された金型30、金型30に対して種結晶50を上下動させるための移動機構40等から構成される。   The single crystal manufacturing apparatus 1 includes a refractory outer frame 10, a refractory top lid 11 disposed on the refractory outer frame 10, a crucible 20 disposed in the refractory outer frame 10, and a gold disposed in the crucible 20. The mold 30 includes a moving mechanism 40 for moving the seed crystal 50 up and down with respect to the mold 30.

耐火物外枠10及び耐火物上蓋11は、耐火煉瓦等から構成され、ルツボ20の周囲を覆っている。ルツボ20を加熱するための加熱部材(ヒータ等;不図示)は、耐火物の周囲に配置されている。また、耐火物外枠10及び耐火物上蓋11は、加熱されたルツボ20の急激な温度変化を抑制するための保温性を有することが好ましい。耐火物上蓋11には、開口部12が設けられており、移動機構40を上下動させることができるように構成されている。   The refractory outer frame 10 and the refractory top cover 11 are made of refractory bricks or the like and cover the periphery of the crucible 20. A heating member (heater or the like; not shown) for heating the crucible 20 is disposed around the refractory. Moreover, it is preferable that the refractory outer frame 10 and the refractory top lid 11 have heat retaining properties for suppressing a rapid temperature change of the heated crucible 20. The refractory top lid 11 is provided with an opening 12 so that the moving mechanism 40 can be moved up and down.

ルツボ20は、利用する融液を受容しうる耐熱性を有した金属材料から構成されており、所定の大きさの金型30がその内部に配置できるような形状を有している。   The crucible 20 is made of a metal material having heat resistance capable of receiving the melt to be used, and has a shape such that a mold 30 having a predetermined size can be disposed therein.

金型30は、融液を毛細管現象を利用して上昇させるためのスリット31を中間部に有して構成されている。金型30には、金型から成長する単結晶の所定の表面(例えば(100)面)の目印となる側面32が設定される。また、金型30の側面32とスリット31とは平行に配置されている。なお、金型30の上面部30aには、毛細管現象で上昇した融液と接触するように種結晶50が位置決めされる。さらに、金型30の幅はW2mm(例えば、20mm)、横はt2mm(例えば、10mm)に設定されている。   The mold 30 has a slit 31 for raising the melt by using a capillary phenomenon at an intermediate portion. The mold 30 is provided with a side surface 32 serving as a mark of a predetermined surface (for example, (100) plane) of a single crystal grown from the mold. The side surface 32 of the mold 30 and the slit 31 are arranged in parallel. In addition, the seed crystal 50 is positioned on the upper surface portion 30a of the mold 30 so as to come into contact with the melt that has risen due to the capillary phenomenon. Further, the width of the mold 30 is set to W2 mm (for example, 20 mm), and the width is set to t2 mm (for example, 10 mm).

移動機構40には、種結晶50を保持するためのホルダ41、種結晶50で利用する基準面51(例えば(100)面)を、目印である金型30の側面32(金型基準面)と合わせるためのガイド部材42、ガイド部材42をホルダ41に固定するためのガイド固定部材43、シャフト45等が配置されている。ガイド固定部材43の一端はガイド部材42の一部に固定されており、ガイド固定部材43の他端は、シャフト45に設けられた貫通穴46を貫通して、ホルダ41に固定されている。なお、金型30の基準面は、側面32以外に設定することも可能である。   The moving mechanism 40 includes a holder 41 for holding the seed crystal 50, a reference surface 51 (for example, (100) surface) used in the seed crystal 50, and a side surface 32 (mold reference surface) of the mold 30 as a mark. Are arranged, a guide fixing member 43 for fixing the guide member 42 to the holder 41, a shaft 45, and the like. One end of the guide fixing member 43 is fixed to a part of the guide member 42, and the other end of the guide fixing member 43 passes through a through hole 46 provided in the shaft 45 and is fixed to the holder 41. The reference surface of the mold 30 can be set other than the side surface 32.

図1(c)に示すように、ガイド部材42の形状は、種結晶50を容易に固定できるようなコの字状の形状をしており、幅はW1mm(例えば、20mm)、横はt1mm(例えば、10mm)である。図1及び図2では、W1=W2及びt1=t2に設定したが、0<W2≦W1、及び、0<t2≦t1となるように設定することが好ましい。また、耐火物上蓋11に設けられた開口部12の形状は円形で、直径D(例えば25mm)は、ガイド部材42が付属した移動機構40がちょうど上下動できるような大きさに設定されている。   As shown in FIG. 1C, the shape of the guide member 42 is a U-shape so that the seed crystal 50 can be easily fixed, the width is W1 mm (for example, 20 mm), and the width is t1 mm. (For example, 10 mm). In FIGS. 1 and 2, W1 = W2 and t1 = t2 are set. However, it is preferable to set 0 <W2 ≦ W1 and 0 <t2 ≦ t1. The shape of the opening 12 provided in the refractory top lid 11 is circular, and the diameter D (for example, 25 mm) is set to a size that allows the moving mechanism 40 with the guide member 42 to move up and down. .

図1(c)に示すように、ガイド部材42は、種結晶50の基準面51(例えば、(100面))と当接するための第1のガイド基準部42−1と、金型30の側面32(金型基準面)と位置合わせを行うための第2のガイド基準部42−2を有している。種結晶50の基準面51を第1のガイド基準部42−1に対して当接させることによって、種結晶50の基準面51と第2のガイド基準部42−2の位置関係とが規定されるように構成されている。図1(c)の場合では、種結晶50の基準面51と第2のガイド基準部42−2とは平行に設定されている。   As shown in FIG. 1C, the guide member 42 includes a first guide reference portion 42-1 for contacting a reference surface 51 (for example, (100 surface)) of the seed crystal 50, and the mold 30. It has the 2nd guide reference part 42-2 for aligning with the side surface 32 (mold reference surface). By bringing the reference surface 51 of the seed crystal 50 into contact with the first guide reference portion 42-1, the positional relationship between the reference surface 51 of the seed crystal 50 and the second guide reference portion 42-2 is defined. It is comprised so that. In the case of FIG. 1C, the reference surface 51 of the seed crystal 50 and the second guide reference portion 42-2 are set in parallel.

図3は、EFG法による単結晶の製造方法の一例を示すフロー図である。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for producing a single crystal by the EFG method.

最初に、種結晶50をホルダ41に取り付け(S10)、ガイド部材42を種結晶50に固定する(S11)。この際に、ガイド部材42の第1のガイド基準部42−1を種結晶50の基準面51(例えば、(100面))に当接するようにして、種結晶50の基準面51とガイド部材42の第2のガイド基準部42−2との位置関係が規定している。   First, the seed crystal 50 is attached to the holder 41 (S10), and the guide member 42 is fixed to the seed crystal 50 (S11). At this time, the reference surface 51 of the seed crystal 50 and the guide member are arranged such that the first guide reference portion 42-1 of the guide member 42 contacts the reference surface 51 (for example, (100 surface)) of the seed crystal 50. The positional relationship between the second guide reference portion 42-2 and 42 is defined.

図4は、ガイド部材の種結晶50への他の固定方法を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining another method for fixing the guide member to the seed crystal 50.

図4(a)は、種結晶50の1つの基準面51(例えば、(100面))を利用する場合を示している。この場合、他のガイド部材80の第1のガイド基準部80−1に対して種結晶50の1つの基準面51を当接することによって、種結晶50の1つの基準面51と第2のガイド基準部80−2とが平行になるように規定されている。   FIG. 4A shows a case where one reference plane 51 (for example, (100 plane)) of the seed crystal 50 is used. In this case, one reference surface 51 of the seed crystal 50 and the second guide are brought into contact with one reference surface 51 of the seed crystal 50 against the first guide reference portion 80-1 of the other guide member 80. It is defined so that the reference part 80-2 is parallel to the reference part 80-2.

図4(b)は、種結晶50の他の基準面52(例えば、(110面))を利用する場合を示している。この場合、更に他のガイド部材81の第1のガイド基準部81−1に対して、種結晶50の角部を当接するようにして、種結晶50の他の基準面52と第2のガイド基準部81−2とが平行になるように規定されている。図4(b)の場合、種結晶50は、図4(a)の状態からちょうと45度回転した状態となっている。   FIG. 4B shows a case where another reference plane 52 (for example, (110 plane)) of the seed crystal 50 is used. In this case, the other reference surface 52 of the seed crystal 50 and the second guide are brought into contact with the first guide reference portion 81-1 of the other guide member 81 so that the corner portion of the seed crystal 50 abuts. It is defined so that the reference portion 81-2 is parallel to the reference portion 81-2. In the case of FIG. 4B, the seed crystal 50 is in a state rotated slightly 45 degrees from the state of FIG.

ガイド部材の形状は、コの字状(ガイド部材42;図1(c)参照)、ロの字状(ガイド部材80;図4(a)参照)、種結晶が挿入可能な穴形状(ガイド部材81;図4(b)参照)等様々であってよい。また、利用する種結晶の基準面に応じて、種結晶とガイド部材の第2のガイド基準部との位置関係も様々に規定することが可能である。   The shape of the guide member is a U-shape (guide member 42; see FIG. 1 (c)), a square shape (guide member 80; see FIG. 4 (a)), a hole shape into which a seed crystal can be inserted (guide) The member 81; see FIG. 4B) may be various. In addition, the positional relationship between the seed crystal and the second guide reference portion of the guide member can be variously defined according to the reference plane of the seed crystal to be used.

また、ガイド部材は、ルツボ20の近傍に配置されることから、ガイド部材の材質は耐熱性に優れ、高温下でも変形や破損が生じないものによって構成されている。具体的には、ガイド部材は、白金、白金−ロジウム、イリジウム等の金属板、又は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスから構成される。   Further, since the guide member is disposed in the vicinity of the crucible 20, the material of the guide member is excellent in heat resistance and is configured such that it does not deform or break even at high temperatures. Specifically, the guide member is made of a metal plate such as platinum, platinum-rhodium or iridium, or ceramics such as alumina or zirconia.

次に、ルツボ20内に金型30を配置し、単結晶の原材料を充填する(S12)。   Next, the mold 30 is placed in the crucible 20 and filled with a single crystal raw material (S12).

次に、ガイド部材42の第2ガイド基準部42−2と、金型30の側面32(金型基準面)とを利用して、目視で、第2ガイド基準部42−2と金型30の側面32(金型基準面)の位置が一致するように、移動機構40の位置を固定し、不図示のヒータによって加熱する(S13)。材料は加熱されることによって溶解し、溶液は、金型30のスリット31に侵入して、毛細管現象によってスリット31内を上昇し、金型30の上面部30aに溜まり、保持される。なお、種結晶50と金型30との位置決めは、移動機構40を上部で固定しているネジの締め具(不図示)を調整したり、金型30が固定されているルツボ20の位置を調整したりすることにより行われる。   Next, using the second guide reference portion 42-2 of the guide member 42 and the side surface 32 (die reference surface) of the mold 30, the second guide reference portion 42-2 and the mold 30 are visually observed. The position of the moving mechanism 40 is fixed so that the position of the side surface 32 (the mold reference surface) of the first and second side surfaces 32 coincides with each other and heated by a heater (not shown) (S13). The material dissolves when heated, and the solution enters the slit 31 of the mold 30, rises in the slit 31 by capillary action, and accumulates and is held on the upper surface portion 30 a of the mold 30. The positioning of the seed crystal 50 and the mold 30 is performed by adjusting a screw fastener (not shown) that fixes the moving mechanism 40 at the top, or by adjusting the position of the crucible 20 to which the mold 30 is fixed. It is done by adjusting.

次に、移動機構40を操作して、種結晶50を降下させ、金型30の上部に保持されている融液に、種結晶50の先端を接触させる(S14)。種結晶50と接触した融液の接触部分では温度が低下して、単結晶が形成される。   Next, the moving mechanism 40 is operated to lower the seed crystal 50, and the tip of the seed crystal 50 is brought into contact with the melt held on the upper part of the mold 30 (S14). At the contact portion of the melt that is in contact with the seed crystal 50, the temperature is lowered and a single crystal is formed.

次に、移動機構40を操作して、種結晶50を連続的に引き上げる(S15)。種結晶50を引き上げる上昇速度は、製造する単結晶に応じて適宜選択することができる。種結晶50が徐々に引き上げられることによって、種結晶50を中心に単結晶が金型30の長手方向に拡張しながら結晶成長する。最終的には、金型30の幅W2よりわずかに小さいサイズまで拡張し、その後は、ほぼ同じ幅で成長していく。   Next, the moving mechanism 40 is operated to continuously pull up the seed crystal 50 (S15). The rising speed for pulling up the seed crystal 50 can be appropriately selected according to the single crystal to be produced. By gradually pulling up the seed crystal 50, the single crystal grows while expanding in the longitudinal direction of the mold 30 around the seed crystal 50. Eventually, the mold 30 is expanded to a size slightly smaller than the width W2 of the mold 30, and thereafter grows with substantially the same width.

単結晶が所望の大きさに成長した後に、移動機構40を操作して、引き上げ速度を上げるか、もしくは更に温度を上昇させて、単結晶と金型30の上面部30aに保持されている融液と単結晶とを切り離す(S16)。単結晶の温度降下後に、単結晶を所定の大きさに切断して(S17)、一連のプロセスを終了する。   After the single crystal grows to the desired size, the moving mechanism 40 is operated to increase the pulling speed or further increase the temperature, so that the single crystal and the melt held on the upper surface portion 30a of the mold 30 are melted. The liquid and the single crystal are separated (S16). After the temperature drop of the single crystal, the single crystal is cut into a predetermined size (S17), and the series of processes is completed.

図5は、種結晶から成長させた単結晶を模式化して示した図である。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a single crystal grown from a seed crystal.

図5(a)は、種結晶50から成長した単結晶90を示した図である。図5(a)において、矢印aは金型30の上面部30aからの鉛直方向を示しており、矢印bは金型30の横t2方向を示しており、矢印cは金型30の幅W2方向を示している。図5の例は、矢印aの方向に結晶を引き上げ、デバイスとするために切り出したものである。   FIG. 5A shows a single crystal 90 grown from the seed crystal 50. 5A, the arrow a indicates the vertical direction from the upper surface portion 30a of the mold 30, the arrow b indicates the lateral t2 direction of the mold 30, and the arrow c indicates the width W2 of the mold 30. Shows direction. In the example of FIG. 5, the crystal is pulled up in the direction of arrow a to cut out the device.

図5(b)は、金型30の融液と切り離された単結晶の中央部分をウエハ92として更にカットした状態を示している。上述した様に、ガイド部材42の第2のガイド基準部42−2と、金型30の側面32(金型基準面)との位置合わせが容易に行えるため、種結晶50で利用したい基準面51と単結晶90で成長させたい基準面91との関係を正確に位置合わせすることが可能となった。したがって、単結晶90からカットしたウエハ92の性能を良好に保つことが可能となった。   FIG. 5B shows a state in which the central portion of the single crystal separated from the melt of the mold 30 is further cut as a wafer 92. As described above, since the second guide reference portion 42-2 of the guide member 42 and the side surface 32 (mold reference surface) of the mold 30 can be easily aligned, the reference surface to be used in the seed crystal 50 is used. Thus, it is possible to accurately align the relationship between 51 and the reference surface 91 to be grown by the single crystal 90. Therefore, the performance of the wafer 92 cut from the single crystal 90 can be kept good.

図6は、種結晶と金型がずれて位置決めされた場合を模式化して示した図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the case where the seed crystal and the mold are positioned out of alignment.

図6では、図3のS14において、種結晶50が、金型30の側面32(金型基準面)からθだけ傾いて接触した場合を示している。即ち、矢印aを軸として、この軸の回りに角度θだけ回転ずれが起こった状態を示している。このように、種結晶50がθだけ傾いた場合、種結晶50から成長する単結晶の結晶方向もずれることとなり、製造される単結晶の性能が劣化するおそれがある。   FIG. 6 shows a case where the seed crystal 50 is tilted by θ from the side surface 32 (mold reference surface) of the mold 30 in S14 of FIG. That is, a state in which a rotational deviation occurs around the axis by an angle θ about the arrow a is shown. Thus, when the seed crystal 50 is inclined by θ, the crystal direction of the single crystal grown from the seed crystal 50 is also shifted, and the performance of the manufactured single crystal may be deteriorated.

EFG法では、始めから、目的の方位及び形状を持った単結晶を成長させることができるため、成長後の切断加工等の後処理を簡略化できるところにメリットがある。しかしながら、種結晶の方位が目的とする方位からずれてしまうと、修正するために余計切断加工等が必要となり、コストがかかってしまう。   The EFG method has a merit in that a single crystal having a desired orientation and shape can be grown from the beginning, so that post-processing such as cutting after growth can be simplified. However, if the orientation of the seed crystal deviates from the target orientation, an extra cutting process or the like is required for correction, and costs increase.

例えば、EFG法を用いて、La3Ta0.5Ga5.3Al0.2O14 (LTGA)単結晶を成長させて、弾性表面波(SAW)デバイスとして利用する場合、θ=0(ずれ無し)では、表面波速度2720m/s及び周波数315MHzである。しかしながら、θ=10°では、表面波速度2660m/s及び周波数308MHzとなり、θ=20°では、表面波速度2520m/s及び周波数292MHzとなる。上記の表面波速度は、超音波をサンプルに照射して、反射してくる波形から計算する手法(LFB−UMC手法)を用いた。また、上記の周波数は、サンプルで櫛歯電極を構成させ、インピーダンスアナライザを利用して、周波数=表面波速度/櫛歯電極の間隔(=8.64μm)から求めた。   For example, when a La3Ta0.5Ga5.3Al0.2O14 (LTGA) single crystal is grown using the EFG method and used as a surface acoustic wave (SAW) device, the surface wave velocity is 2720 m at θ = 0 (no deviation). / S and a frequency of 315 MHz. However, when θ = 10 °, the surface wave velocity is 2660 m / s and the frequency is 308 MHz, and when θ = 20 °, the surface wave velocity is 2520 m / s and the frequency is 292 MHz. For the surface wave velocity, a method (LFB-UMC method) in which a sample is irradiated with ultrasonic waves and calculated from a reflected waveform is used. Further, the above-mentioned frequency was obtained from frequency = surface wave velocity / interval between comb electrodes (= 8.64 μm) using an impedance analyzer with a comb electrode configured by a sample.

また、EFG法を用いて、Pb(Zr,Ti)3 (PZT)単結晶を成長させて、圧電デバイスとして利用する場合、θ=0(ずれ無し)では、圧電定数395pC/N及び出力100%(目標値)である。しかしながら、θ=10°では、圧電定数387pC/N及び出力98%(θ=0の場合の出力を100%とした場合)となり、θ=20°では、圧電定数364pC/N及び出力92%(θ=0の場合の出力を100%とした場合)。なお、上記の圧電定数は、矢印aを軸として、この軸の回りに角度θだけ回転ずれが起こった場合に、矢印c方向の圧電定数を示している(図5参照)。また、圧電定数は、サンプルで所定の寸法の電極を形成し、共振−反共振法(JEITA EM−4501規格参照)によって測定した。   When a Pb (Zr, Ti) 3 (PZT) single crystal is grown using the EFG method and used as a piezoelectric device, when θ = 0 (no deviation), the piezoelectric constant is 395 pC / N and the output is 100%. (Target value). However, when θ = 10 °, the piezoelectric constant is 387 pC / N and the output is 98% (when the output when θ = 0 is 100%), and when θ = 20 °, the piezoelectric constant is 364 pC / N and the output is 92% ( When the output when θ = 0 is 100%). The above piezoelectric constant indicates the piezoelectric constant in the direction of the arrow c when the rotational deviation occurs around the axis by the angle θ about the arrow a (see FIG. 5). The piezoelectric constant was measured by a resonance-antiresonance method (see JEITA EM-4501 standard) after forming an electrode of a predetermined size with a sample.

図7は、更に他のガイド部材を示す図である。   FIG. 7 is a view showing still another guide member.

図7に示す更に他のガイド部材100は、ガイド板101と、バネ板102及び103を含んで構成されている。ガイド板101には、第1のガイド基準部101−1、第2のガイド基準部101−2、及び開口部101−3を有している。2枚のバネ板102及び103は、ガイド板101の両側端部に固定されている。   Still another guide member 100 shown in FIG. 7 includes a guide plate 101 and spring plates 102 and 103. The guide plate 101 has a first guide reference portion 101-1, a second guide reference portion 101-2, and an opening 101-3. The two spring plates 102 and 103 are fixed to both end portions of the guide plate 101.

開口部101−3から種結晶50の先端が突出するようにしてから、種結晶50で利用する基準面を第1のガイド基準部101−1に当接させ、2枚のバネ板102及び103で種結晶50を挟み込むようにして、ガイド板101を種結晶50に固定する。ユーザは、第2のガイド基準部101−2及び金型30の側面32(金型基準面)を利用して位置合わせを行うことによって、種結晶50の基準面と金型30の側面32(金型基準面)とを正確に位置決めすることが可能となる。   After the tip of the seed crystal 50 protrudes from the opening 101-3, the reference plane used by the seed crystal 50 is brought into contact with the first guide reference portion 101-1, and the two spring plates 102 and 103 are brought into contact with each other. The guide plate 101 is fixed to the seed crystal 50 so as to sandwich the seed crystal 50. The user performs alignment using the second guide reference portion 101-2 and the side surface 32 (mold reference surface) of the mold 30 to thereby align the reference surface of the seed crystal 50 and the side surface 32 ( It is possible to accurately position the mold reference surface).

図8は、更に他のガイド部材を示す図である。   FIG. 8 is a view showing still another guide member.

図8に示す更に他のガイド部材110は、第1板部材111、第2板部材112、及び結合部材113から構成されている。第1板部材111は、第1のガイド基準部111−1、第2のガイド基準部111−2、及び第1バネ部材111−3を有している。第2板部材112は、第2バネ部材112−3を有している。第1板部材111及び第2板部材112を移動機構40において、結合部材113(例えば、ボルトとナット)で結合すると、第1バネ部材111−3及び第2バネ部材112−3が種結晶50を固定するように構成されている。   Still another guide member 110 shown in FIG. 8 includes a first plate member 111, a second plate member 112, and a coupling member 113. The first plate member 111 includes a first guide reference portion 111-1, a second guide reference portion 111-2, and a first spring member 111-3. The second plate member 112 has a second spring member 112-3. When the first plate member 111 and the second plate member 112 are coupled by the coupling member 113 (for example, a bolt and a nut) in the moving mechanism 40, the first spring member 111-3 and the second spring member 112-3 are seed crystals 50. Is configured to be fixed.

図8に示すガイド部材110では、種結晶50に第1のガイド基準部111−1を当接させるのではなく、移動機構40の一部を第1のガイド基準部111−1に当接させて、移動機構40の所定の面と、第2のガイド基準部111−2との位置関係を規定されている。ここでは、種結晶50の基準面と移動機構40の所定の面との位置関係を予め定めておくことによって、簡易的に、第2のガイド基準部と種結晶50の基準面との位置関係を規定させている。   In the guide member 110 shown in FIG. 8, the first guide reference portion 111-1 is not brought into contact with the seed crystal 50, but a part of the moving mechanism 40 is brought into contact with the first guide reference portion 111-1. Thus, the positional relationship between a predetermined surface of the moving mechanism 40 and the second guide reference portion 111-2 is defined. Here, the positional relationship between the reference plane of the seed crystal 50 and the predetermined plane of the moving mechanism 40 is determined in advance, so that the positional relationship between the second guide reference portion and the reference plane of the seed crystal 50 is simplified. Is stipulated.

したがって、ユーザは、第2のガイド基準部111−2及び金型30の側面32(金型基準面)を利用して位置合わせを行うことによって、種結晶50の基準面と金型30の側面32(金型基準面)とを簡易的に位置決めすることが可能となる。   Therefore, the user aligns using the second guide reference portion 111-2 and the side surface 32 (mold reference surface) of the mold 30 to thereby align the reference surface of the seed crystal 50 and the side surface of the mold 30. 32 (mold reference surface) can be easily positioned.

1 単結晶製造装置
20 ルツボ
30 金型
30a 上面部
32 側面(金型基準面)
40 移動機構
41 ホルダ
42、80、81、100、110 ガイド部材
42−1、80−1、81−1、101−1、111−1 第1のガイド基準部
42−2、80−2、81−2、101−2、111−2 第2のガイド基準部
45 シャフト
50 種結晶
51 種結晶の基準面
90 単結晶
91 単結晶の基準面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal manufacturing apparatus 20 Crucible 30 Mold 30a Upper surface part 32 Side surface (mold reference surface)
40 moving mechanism 41 holder 42, 80, 81, 100, 110 guide member 42-1, 80-1, 81-1, 101-1, 111-1 first guide reference part 42-2, 80-2, 81 -2, 101-2, 111-2 Second guide reference portion 45 Shaft 50 Seed crystal 51 Reference plane of seed crystal 90 Single crystal 91 Reference plane of single crystal

Claims (7)

単結晶の材料となる融液を上面部に保持する金型と、前記上面部に保持された融液に種結晶を接触させながら移動させる移動手段とを備えた単結晶製造装置であって、
前記移動手段に設けられ、前記種結晶を保持する保持部材と、
前記移動手段に設けられ、前記種結晶と当接し、前記種結晶の位置を規定するガイド部材と、を更に有し、
前記ガイド部材は、前記種結晶の基準面と平行なガイド基準部を有し、前記ガイド基準部は前記金型の前記上面部の一辺と平行である、
ことを特徴とする単結晶製造装置。
A single crystal manufacturing apparatus comprising: a mold for holding a melt as a single crystal material on an upper surface portion; and a moving means for moving a seed crystal in contact with the melt held on the upper surface portion,
A holding member provided in the moving means and holding the seed crystal;
Wherein provided in a mobile unit, the seed crystal and in contact with, further comprising a guide member for defining the position of the seed crystal,
The guide member has a guide reference portion parallel to a reference surface of the seed crystal, and the guide reference portion is parallel to one side of the upper surface portion of the mold.
A single crystal manufacturing apparatus characterized by the above.
前記移動手段に前記ガイド部材を固定する固定部材を更に有する、請求項1に記載の単結晶製造装置。   The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a fixing member that fixes the guide member to the moving unit. 前記ガイド部材に前記種結晶を固定するためのバネ部材を更に有する、請求項1又は2に記載の単結晶製造装置。 The single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a spring member for fixing the seed crystal to the guide member . 単結晶の材料となる融液を上面部に保持する金型と、種結晶を移動するための移動手段とを備えた単結晶製造装置における単結晶製造方法であって、
前記移動手段に設けられた保持部材によって前記種結晶を保持し、
前記移動手段に設けられ、前記種結晶の基準面と平行なガイド基準部を有するガイド部材を、前記種結晶の基準面と当接させ、
前記ガイド基準部を前記金型の前記上面部の一辺と平行となるように設定し、
前記移動手段によって、前記上面部に保持された融液に前記種結晶を接触させながら移動させる、
ステップを有することを特徴とする単結晶製造方法。
A method for producing a single crystal in a single crystal production apparatus, comprising: a mold for holding a melt as a single crystal material on an upper surface portion; and a moving means for moving a seed crystal,
Holding the seed crystal by a holding member provided in the moving means;
A guide member provided on the moving means and having a guide reference portion parallel to the reference surface of the seed crystal is brought into contact with the reference surface of the seed crystal,
The guide reference portion is set to be parallel to one side of the upper surface portion of the mold,
Moving the seed crystal in contact with the melt held on the upper surface by the moving means;
A method for producing a single crystal comprising steps.
前記移動手段によって、前記ガイド部材は前記種結晶と同時に引き上げられる、請求項4に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 4, wherein the guide member is pulled up simultaneously with the seed crystal by the moving means. 前記移動手段に前記ガイド部材を固定する固定部材を更に有する、請求項4又は5に記載の単結晶製造方法。   The single crystal manufacturing method according to claim 4, further comprising a fixing member that fixes the guide member to the moving means. 前記ガイド部材に前記種結晶を固定するためのバネ部材を更に有する、請求項4〜6の何れか一項に記載の単結晶製造方法。 The method for producing a single crystal according to any one of claims 4 to 6, further comprising a spring member for fixing the seed crystal to the guide member .
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