JP7236962B2 - タンタル酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タンタル酸リチウム単結晶の製造方法に関する。
タンタル酸リチウム単結晶は、大きな圧電特性を有しており、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスに使用されている。ＳＡＷデバイスは、例えば、スマートフォンの分波器やＲＦ（高周波）フィルタ等に使用される。ＳＡＷデバイスは、半導体プロセスと異なり、ウエハ工程数が少ないので、ウエハを大型化するメリットはそれほど大きくはない。しかし、ＳＡＷデバイスのウエハ工程の装置は、半導体と同じ仕様、又は類似品である。半導体のウエハの大型化に伴い、小型の半導体のウエハの製造装置の製造が中止される場合があるので、半導体のウエハの大型化に合わせて、ＳＡＷ用のウエハを大型化せざるを得ない。このため、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法が必要となる。
タンタル酸リチウムの大型単結晶を育成するとき、多くの場合、チョクラルスキー法でタンタル酸リチウム単結晶は育成される。チョクラルスキー法で育成されたタンタル酸リチウム単結晶は、結晶の成長歪み、熱歪み等の結晶歪みを有しているので、熱処理によりそれを除去する必要がある。特に、熱膨張係数の異方性によりタンタル酸リチウム単結晶は割れやすい結晶であるので、タンタル酸リチウム単結晶から結晶歪みを十分に除去する必要がある。タンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みを除去する方法として、例えば、特許文献１に記載されている酸化物単結晶の熱処理方法が従来技術として知られている。特許文献１に記載されている酸化物単結晶の熱処理方法では、直径５０ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶を高温で熱処理することにより、タンタル酸リチウム単結晶から結晶歪みを除去している。
しかしながら、直径が７．５ｃｍ以上の大口径のタンタル酸リチウム単結晶を、特許文献１に開示されている条件で熱処理をした場合、熱処理後にタンタル酸リチウム単結晶を取り出すときに、タンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生する場合があった。また、熱処理後にタンタル酸リチウム単結晶を取り出すときに、タンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しない場合でも、タンタル酸リチウム単結晶の端面部を切断したときにクラックが発生したり、タンタル酸リチウム単結晶のポーリング処理の後、タンタル酸リチウム単結晶を取り出すときにクラックが発生したりする場合があった。これは、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合、特許文献１に記載されている酸化物単結晶の熱処理方法では、タンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みを十分には除去できないためであると考えられる。
そこで、本発明は、従来のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に比べて、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みをより大きく除去できるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、従来のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に比べて、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みをより大きく除去できるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
当業者であれば、大口径のタンタル酸リチウム単結晶に発生するクラックを抑制するため、特許文献１に記載されているアニールの条件よりもアニール温度までの昇温速度を小さくしたり、アニール温度での保持時間を長くしたり、アニール温度からの降温速度を小さくしたりすることを通常考える。しかしながら、そうすると、熱処理にかかる時間が非常に長くなる。
本発明者らは大口径のタンタル酸リチウム単結晶に発生するクラックについて鋭意検討した結果、育成した単結晶の直径の３乗の値と熱処理工程において熱処理温度まで温度を上昇させるときの昇温速度とをかけ算して得られる値が所定範囲内になるような条件下で、熱処理を行うことにより、熱処理にかかる時間を非常に長くすることなく、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、
［１］チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成工程と、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する端面部切断工程と、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングするポーリング処理工程とを含み、結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たすことを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
［２］熱処理工程において、熱処理温度で単結晶を熱処理した後、単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
［３］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［４］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［５］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［６］ポーリング処理工程で６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
［７］ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］～［６］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
［８］ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度で０．５時間以上６時間以下保持した後、単結晶を冷却することを特徴とする上記［１］～［７］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
本発明者らは大口径のタンタル酸リチウム単結晶に発生するクラックについて鋭意検討した結果、育成した単結晶の直径の３乗の値と熱処理工程において熱処理温度まで温度を上昇させるときの昇温速度とをかけ算して得られる値が所定範囲内になるような条件下で、熱処理を行うことにより、熱処理にかかる時間を非常に長くすることなく、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、
［１］チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成工程と、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する端面部切断工程と、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングするポーリング処理工程とを含み、結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たすことを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
［２］熱処理工程において、熱処理温度で単結晶を熱処理した後、単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
［３］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［４］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［５］結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
［６］ポーリング処理工程で６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
［７］ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことを特徴とする上記［１］～［６］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
［８］ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度で０．５時間以上６時間以下保持した後、単結晶を冷却することを特徴とする上記［１］～［７］のいずれか１つに記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
本発明によれば、従来のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に比べて、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みをより大きく除去できるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法を提供することができる。
［タンタル酸リチウム単結晶の製造方法］
本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成工程と、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する端面部切断工程と、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングするポーリング処理工程とを含み、結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たす。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
これにより、従来のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に比べて、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みをより大きく除去することができる。以下、各工程を詳細に説明する。
本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成工程と、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する端面部切断工程と、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングするポーリング処理工程とを含み、結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たす。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
これにより、従来のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に比べて、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の結晶歪みをより大きく除去することができる。以下、各工程を詳細に説明する。
（単結晶育成工程）
単結晶育成工程では、チョクラルスキー法によりタンタル酸リチウム単結晶を育成する。チョクラルスキー法とは、ルツボ中の原料を抵抗加熱や高周波で加熱して融液を作製し、その表面に種子結晶をつけ、種子結晶をゆっくり回転させながら引き上げて、単結晶を育成させる方法である。タンタル酸リチウム単結晶の育成ではイリジウム製のルツボが使用される。種子結晶を引き上げ速度は、例えば２ｍｍ／ｈｒ以上１０ｍｍ／ｈｒ以下である。結晶中の熱歪みや相転移による歪みを減少させるために、ルツボの上部にアフタヒータを設置してもよい。チョクラルスキー法により育成されるタンタル酸リチウム単結晶の直径は、例えば７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下である。
単結晶育成工程では、チョクラルスキー法によりタンタル酸リチウム単結晶を育成する。チョクラルスキー法とは、ルツボ中の原料を抵抗加熱や高周波で加熱して融液を作製し、その表面に種子結晶をつけ、種子結晶をゆっくり回転させながら引き上げて、単結晶を育成させる方法である。タンタル酸リチウム単結晶の育成ではイリジウム製のルツボが使用される。種子結晶を引き上げ速度は、例えば２ｍｍ／ｈｒ以上１０ｍｍ／ｈｒ以下である。結晶中の熱歪みや相転移による歪みを減少させるために、ルツボの上部にアフタヒータを設置してもよい。チョクラルスキー法により育成されるタンタル酸リチウム単結晶の直径は、例えば７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下である。
図１を参照して、単結晶育成工程で育成された単結晶の一例を説明する。単結晶育成工程で育成された一例の単結晶１０は、略円筒形状の円筒部１１と、円筒部１１の両端にあり、単結晶１０の端面を有する端面部１２，１３とを含む。単結晶１０の育成方向は、例えば、Ｘ方向に対して垂直な方向、かつＹ方向に対して３６～４２°傾けた方向、またはＸ方向である。なお、本明細書において、単結晶の直径は、単結晶の円筒部の直径である。また、単結晶の円筒部の直径が一定でない場合は、単結晶の直径は、単結晶の円筒部の直径の平均値である。
（熱処理工程）
熱処理工程では、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する。これにより、タンタル酸リチウム単結晶の成長歪み、熱歪み等の結晶歪みを十分に除去することができる。熱処理温度は１３００℃以上１４５０℃以下である。熱処理温度が１３００℃未満であると、タンタル酸リチウム単結晶から結晶歪みを十分には除去できない場合がある。熱処理温度を１４５０℃より大きくすると熱処理炉の負荷が大きくなり熱処理コストがかかりすぎてしまう場合がある。このような観点から熱処理温度は好ましくは１３３０℃以上１４５０℃以下であり、より好ましくは１３５０℃以上１４５０℃以下であり、さらに好ましくは１３５０℃以上１４３０℃以下であり、よりさらに好ましくは１３５０℃以上１４２０℃以下である。
熱処理工程では、単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する。これにより、タンタル酸リチウム単結晶の成長歪み、熱歪み等の結晶歪みを十分に除去することができる。熱処理温度は１３００℃以上１４５０℃以下である。熱処理温度が１３００℃未満であると、タンタル酸リチウム単結晶から結晶歪みを十分には除去できない場合がある。熱処理温度を１４５０℃より大きくすると熱処理炉の負荷が大きくなり熱処理コストがかかりすぎてしまう場合がある。このような観点から熱処理温度は好ましくは１３３０℃以上１４５０℃以下であり、より好ましくは１３５０℃以上１４５０℃以下であり、さらに好ましくは１３５０℃以上１４３０℃以下であり、よりさらに好ましくは１３５０℃以上１４２０℃以下である。
図２を参照して、熱処理工程の一例を説明する。白金容器３０の底にタンタル酸リチウム多結晶体の粉末２０を敷き詰め、その上に、単結晶育成工程で得られたタンタル酸リチウム単結晶１０を載せることが好ましい。これにより、単結晶１０と白金容器３０との間の熱膨張係数の相違から発生する歪みを抑制できる。そして、単結晶１０を収容した白金容器３０を不図示の抵抗加熱炉の中に配置して、単結晶１０を熱処理することが好ましい。
結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たす。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
（Ａ３×Ｂ）の値が１０００未満であると、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したり、後述のポーリング処理工程で、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したりする場合がある。（Ａ３×Ｂ）の値が６０００よりも大きいと、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合、後述の端面部切断工程でクラックが発生する場合がある。このような観点から下記の式（１Ａ）の関係を満たすことが好ましく、下記の式（１Ｂ）の関係を満たすことがより好ましい。
２０００≦（Ａ３×Ｂ）≦５６００ （１Ａ）
３０００≦（Ａ３×Ｂ）≦５３００ （１Ｂ）
２０００≦（Ａ３×Ｂ）≦５６００ （１Ａ）
３０００≦（Ａ３×Ｂ）≦５３００ （１Ｂ）
熱処理工程において、熱処理温度で単結晶を熱処理した後、単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことが好ましい。なお、単結晶を放冷しても単結晶に歪みが発生しない温度まで、Ｃ℃／ｍｉｎの降温速度で単結晶を冷却することが好ましい。例えば４００℃以上７００℃以下の温度になるまでＣ℃／ｍｉｎの降温速度で単結晶を冷却することが好ましい。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
（Ａ３×Ｃ）の値が８００以上であると、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したり、後述のポーリング処理工程で、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したりすることをさらに抑制できる。（Ａ３×Ｃ）の値が４０００以下であると、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合に、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したりすることをさらに抑制できる。このような観点から下記の式（２Ａ）の関係を満たすことがより好ましく、下記の式（２Ｂ）の関係を満たすことがさらに好ましい。
１０００≦（Ａ３×Ｃ）≦３６００ （２Ａ）
１５００≦（Ａ３×Ｃ）≦３３００ （２Ｂ）
１０００≦（Ａ３×Ｃ）≦３６００ （２Ａ）
１５００≦（Ａ３×Ｃ）≦３３００ （２Ｂ）
結晶育成工程で育成した単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することが好ましい。熱処理時間が８時間以上であると、直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満である単結晶において、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したり、後述のポーリング処理工程で、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したりすることをさらに抑制できる。また、熱処理時間が１６時間以下であると、必要以上に熱処理時間が長くなることを抑制できる。このような観点から、熱処理時間は、より好ましくは９時間以上１４時間以下であり、さらに好ましくは９時間以上１２時間以下である。
結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することが好ましい。熱処理時間が１２時間以上であると、直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満である単結晶において、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したり、後述のポーリング処理工程で、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したりすることをさらに抑制できる。また、熱処理時間が２４時間以下であると、必要以上に熱処理時間が長くなることを抑制できる。このような観点から、熱処理時間は、より好ましくは１２時間以上２３時間以下であり、さらに好ましくは１５時間以上２２時間以下である。
結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することが好ましい。熱処理時間が１６時間以上であると、直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下である単結晶において、熱処理後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したり、後述の端面部切断工程でクラックが発生したり、後述のポーリング処理工程で、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生したりすることをさらに抑制できる。また、熱処理時間が３２時間以下であると、必要以上に熱処理時間が長くなることを抑制できる。このような観点から、熱処理時間は、より好ましくは２０時間以上３１時間以下であり、さらに好ましくは２３時間以上３１時間以下である。
（端面部切断工程）
端面部切断工程では、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する。端面部を切断したタンタル酸リチウム単結晶は略円筒形状となる。例えば、図１に示す単結晶１０において、単結晶１０から端面部１２，１３を切断して、単結晶を円筒部１１のみにする。
端面部切断工程では、熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する。端面部を切断したタンタル酸リチウム単結晶は略円筒形状となる。例えば、図１に示す単結晶１０において、単結晶１０から端面部１２，１３を切断して、単結晶を円筒部１１のみにする。
（ポーリング処理工程）
ポーリング処理工程では、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングする。結晶育成工程で育成した単結晶は多分域状態であるため、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶は圧電性を示さない。このため、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶をポーリングして単分域化する必要がある。ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの温度が６００℃未満であると、単結晶の自発分極を十分に消失できず、単分域化が不十分になる場合がある。タンタル酸リチウムの相転移温度は約６００℃であるので、ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの単結晶の相転移温度以上の温度を７５０℃よりも高い温度にする必要はない。このような観点から、ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの単結晶の相転移温度以上の温度は、好ましくは６２０℃以上７２０℃以下であり、より好ましくは６３０℃以上７００℃以下である。
ポーリング処理工程では、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら単結晶を冷却することにより単結晶をポーリングする。結晶育成工程で育成した単結晶は多分域状態であるため、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶は圧電性を示さない。このため、端面部切断工程で端面部を切断した単結晶をポーリングして単分域化する必要がある。ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの温度が６００℃未満であると、単結晶の自発分極を十分に消失できず、単分域化が不十分になる場合がある。タンタル酸リチウムの相転移温度は約６００℃であるので、ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの単結晶の相転移温度以上の温度を７５０℃よりも高い温度にする必要はない。このような観点から、ポーリング処理工程で単結晶を加熱するときの単結晶の相転移温度以上の温度は、好ましくは６２０℃以上７２０℃以下であり、より好ましくは６３０℃以上７００℃以下である。
ポーリング処理工程の一例を、図３を参照して説明する。例えば、端面部切断工程で端面部１２，１３（図１参照）を切断した単結晶１０（１１）におけるＺ軸に垂直な面またはＺ軸成分を含む方向に垂直な面に電極４１，４２を形成する。電極４１，４２はリード線４３，４４を介して外部電極４５と接続している。そして、単結晶１０の相転移以上の温度に単結晶１０を加熱する。その後、外部電極４５を使用してＺ軸（ｃ軸）方向またはＺ軸成分を含む方向に数Ｖ／ｃｍの直流電界を印加しながら、単結晶１０を徐冷する。
ポーリング処理工程で単結晶の相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことが好ましい。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
（Ａ３×Ｄ）の値が１０００以上であると、単結晶の相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるのに必要以上に時間がかかることを抑制できる。（Ａ３×Ｄ）の値が５０００以下であると、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合、ポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生することをさらに抑制できる。このような観点から下記の式（３Ａ）の関係を満たすことがより好ましく、下記の式（３Ｂ）の関係を満たすことがさらに好ましい。
２０００≦（Ａ３×Ｄ）≦４６００ （３Ａ）
２５００≦（Ａ３×Ｄ）≦４３００ （３Ｂ）
２０００≦（Ａ３×Ｄ）≦４６００ （３Ａ）
２５００≦（Ａ３×Ｄ）≦４３００ （３Ｂ）
ポーリング処理工程において、単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことが好ましい。なお、単結晶を放冷しても単結晶に歪みが発生しない温度まで、Ｅ℃／ｍｉｎの降温速度で冷却することが好ましい。例えば３００℃以上６５０℃以下の温度になるまでＥ℃／ｍｉｎの降温速度で単結晶を冷却することが好ましい。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
（Ａ３×Ｅ）の値が５００以上であると、単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するのに要する時間を短くすることができる。（Ａ３×Ｅ）の値が２５００以下であると、大口径のタンタル酸リチウム単結晶の場合、ポーリング処理工程でポーリングした後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出しの際にクラックが発生することをさらに抑制できる。このような観点から下記の式（４Ａ）の関係を満たすことがより好ましく、下記の式（４Ｂ）の関係を満たすことがさらに好ましい。
１０００≦（Ａ３×Ｅ）≦２２００ （４Ａ）
１２００≦（Ａ３×Ｅ）≦２０００ （４Ｂ）
１０００≦（Ａ３×Ｅ）≦２２００ （４Ａ）
１２００≦（Ａ３×Ｅ）≦２０００ （４Ｂ）
ポーリング処理工程において、単結晶の相転移温度以上の温度で０．５時間以上６時間以下保持した後、単結晶を冷却することが好ましい。単結晶の相転移温度以上の温度での保持時間が０．５時間以上であると、単分域化するのに自発分極を十分に消滅させることができる。単結晶の相転移温度以上の温度での保持時間が６時間以下であると、ポーリング処理工程が必要以上に長くなることを抑制できる。このような観点から、単結晶の相転移温度以上の温度での保持時間は、より好ましくは０．６時間以上５時間以下であり、さらに好ましくは０．６時間以上４．５時間以下である。
（後工程）
本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法により製造されたタンタル酸リチウム単結晶は、例えば、Ｘ線回折により結晶面が正確に測定される。そして、測定された結晶面を基準として、規定の直径になるようにタンタル酸リチウム単結晶の外周が研削される。外周を研削されたタンタル酸リチウムの単結晶は規定の直径を有する円筒形状となる。また、このとき、ＳＡＷの伝搬方向を示すために単結晶の円筒側面部分の１箇所以上に平面（オリエンテーションフラット）が形成される。外周が研削されたタンタル酸リチウム単結晶は、バンドソーやワイヤソー等を用いてスライスされ、ウエハ形状となる。ウエハ形状のタンタル酸リチウム単結晶は、その後、例えば、べべリング工程、ラップ工程、ポリッシング工程、洗浄工程等の工程を経てＳＡＷ用のウエハとなる。
本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法により製造されたタンタル酸リチウム単結晶は、例えば、Ｘ線回折により結晶面が正確に測定される。そして、測定された結晶面を基準として、規定の直径になるようにタンタル酸リチウム単結晶の外周が研削される。外周を研削されたタンタル酸リチウムの単結晶は規定の直径を有する円筒形状となる。また、このとき、ＳＡＷの伝搬方向を示すために単結晶の円筒側面部分の１箇所以上に平面（オリエンテーションフラット）が形成される。外周が研削されたタンタル酸リチウム単結晶は、バンドソーやワイヤソー等を用いてスライスされ、ウエハ形状となる。ウエハ形状のタンタル酸リチウム単結晶は、その後、例えば、べべリング工程、ラップ工程、ポリッシング工程、洗浄工程等の工程を経てＳＡＷ用のウエハとなる。
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例及び比較例のタンタル酸リチウム単結晶の作製］
［実施例１］
以下のようにして実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を作製した。
（単結晶育成工程）
タンタル酸リチウム単結晶におけるＬｉ２Ｏ及びＴａ２Ｏ５の組成比がコングルーエント組成（すなわち、４８．５：５１．５（モル％））になるように炭酸リチウム（粉末）と五酸化タンタル（粉末）を秤量し、ミキサーで混合して混合物を作製した。白金製焼成容器内で１４００℃の温度で混合物を反応させてタンタル酸リチウム多結晶体の粉末を作製した。これをイリジウムルツボに投入し、１６５０℃で溶融した。そして、５ｍｍ／ｈｒの種子結晶の引き上げ速度でチョクラルスキー法によりタンタル酸リチウム単結晶を育成して、直径が１０ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。
［実施例１］
以下のようにして実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を作製した。
（単結晶育成工程）
タンタル酸リチウム単結晶におけるＬｉ２Ｏ及びＴａ２Ｏ５の組成比がコングルーエント組成（すなわち、４８．５：５１．５（モル％））になるように炭酸リチウム（粉末）と五酸化タンタル（粉末）を秤量し、ミキサーで混合して混合物を作製した。白金製焼成容器内で１４００℃の温度で混合物を反応させてタンタル酸リチウム多結晶体の粉末を作製した。これをイリジウムルツボに投入し、１６５０℃で溶融した。そして、５ｍｍ／ｈｒの種子結晶の引き上げ速度でチョクラルスキー法によりタンタル酸リチウム単結晶を育成して、直径が１０ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。
（熱処理工程）
白金容器の底にタンタル酸リチウム多結晶体の粉末を厚さがおよそ１０ｍｍなるように敷き詰めた。敷き詰めたタンタル酸リチウム多結晶体の粉末の上に、単結晶育成工程で得られたタンタル酸リチウム単結晶を載せて、白金容器にタンタル酸リチウム単結晶を収容した。タンタル酸リチウム単結晶を収容した白金容器を抵抗加熱炉の中に配置した。４．２℃／ｍｉｎの昇温速度で１４００℃までタンタル酸リチウム単結晶を加熱し、１４００℃の加熱温度を１０時間保持した。そして、２．８８℃／ｍｉｎの降温速度で室温までタンタル酸リチウム単結晶を冷却した。
白金容器の底にタンタル酸リチウム多結晶体の粉末を厚さがおよそ１０ｍｍなるように敷き詰めた。敷き詰めたタンタル酸リチウム多結晶体の粉末の上に、単結晶育成工程で得られたタンタル酸リチウム単結晶を載せて、白金容器にタンタル酸リチウム単結晶を収容した。タンタル酸リチウム単結晶を収容した白金容器を抵抗加熱炉の中に配置した。４．２℃／ｍｉｎの昇温速度で１４００℃までタンタル酸リチウム単結晶を加熱し、１４００℃の加熱温度を１０時間保持した。そして、２．８８℃／ｍｉｎの降温速度で室温までタンタル酸リチウム単結晶を冷却した。
（端面部切断工程）
タンタル酸リチウム単結晶のトップ側及びテール側の両側の端面部を内周刃切断機で切断し、略円筒形状のタンタル酸リチウム単結晶を得た。
タンタル酸リチウム単結晶のトップ側及びテール側の両側の端面部を内周刃切断機で切断し、略円筒形状のタンタル酸リチウム単結晶を得た。
（ポーリング処理工程）
タンタル酸リチウム多結晶体の粉末と水溶性セルロースエーテル（信越化学工業株式会社、商品名：メトローズ６０ＳＨ－４０００）と水とを混合してペーストを作製した。このペーストを使用して、両端面部を切断したタンタル酸リチウム単結晶の側面のうち、Ｚ方向に相当する部分と、それに対向する部分に、それぞれ、Ａｕ電極板を貼り付けた。それぞれのＡｕ電極板を、リード線としての白金線を介して外部電源と接続した。そして、外部電源と接続したＡｕ電極板を貼り付けたタンタル酸リチウム単結晶をマッフル炉にセットした。その後、３．６１℃／ｍｉｎの昇温速度で６５０℃までタンタル酸リチウム単結晶を加熱し、６５０℃の加熱温度（単結晶の相転移温度以上の温度）で０．７時間（４２分間）保持した。そして、外部電源よりＡｕ電極板間に１３０Ｖの電圧を印加した後、１．３℃／ｍｉｎの降温速度で３００℃までタンタル酸リチウム単結晶を冷却した。タンタル酸リチウム単結晶の温度が３００℃になったとき、電圧の印加を停止し、タンタル酸リチウム単結晶を放冷して実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を得た。実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
タンタル酸リチウム単結晶を目視で観察したところ、実施例１のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
タンタル酸リチウム多結晶体の粉末と水溶性セルロースエーテル（信越化学工業株式会社、商品名：メトローズ６０ＳＨ－４０００）と水とを混合してペーストを作製した。このペーストを使用して、両端面部を切断したタンタル酸リチウム単結晶の側面のうち、Ｚ方向に相当する部分と、それに対向する部分に、それぞれ、Ａｕ電極板を貼り付けた。それぞれのＡｕ電極板を、リード線としての白金線を介して外部電源と接続した。そして、外部電源と接続したＡｕ電極板を貼り付けたタンタル酸リチウム単結晶をマッフル炉にセットした。その後、３．６１℃／ｍｉｎの昇温速度で６５０℃までタンタル酸リチウム単結晶を加熱し、６５０℃の加熱温度（単結晶の相転移温度以上の温度）で０．７時間（４２分間）保持した。そして、外部電源よりＡｕ電極板間に１３０Ｖの電圧を印加した後、１．３℃／ｍｉｎの降温速度で３００℃までタンタル酸リチウム単結晶を冷却した。タンタル酸リチウム単結晶の温度が３００℃になったとき、電圧の印加を停止し、タンタル酸リチウム単結晶を放冷して実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を得た。実施例１のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
タンタル酸リチウム単結晶を目視で観察したところ、実施例１のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
［実施例２］
単結晶育成工程の条件を変更して、直径が１５ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから１．４３℃／ｍｉｎに変更し、１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から２０時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから０．８℃／ｍｉｎに変更した。ポーリング処理工程において、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎから０．９４℃／ｍｉｎに変更し、６５０℃の単結晶の相転移温度以上の温度の保持時間を０．７時間から２時間に変更し、降温速度を１．３℃／ｍｉｎから０．４９℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例２のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
実施例２のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
単結晶育成工程の条件を変更して、直径が１５ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから１．４３℃／ｍｉｎに変更し、１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から２０時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから０．８℃／ｍｉｎに変更した。ポーリング処理工程において、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎから０．９４℃／ｍｉｎに変更し、６５０℃の単結晶の相転移温度以上の温度の保持時間を０．７時間から２時間に変更し、降温速度を１．３℃／ｍｉｎから０．４９℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例２のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
実施例２のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
［実施例３］
単結晶育成工程の条件を変更して、直径が２０ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから０．６２５℃／ｍｉｎに変更し、１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から３０時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから０．３７５℃／ｍｉｎに変更した。ポーリング処理工程において、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎから０．５℃／ｍｉｎに変更し、６５０℃の単結晶の相転移温度以上の温度の保持時間を０．７時間から４時間に変更し、降温速度を１．３℃／ｍｉｎから０．２２５℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例３のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
実施例３のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
単結晶育成工程の条件を変更して、直径が２０ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから０．６２５℃／ｍｉｎに変更し、１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から３０時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから０．３７５℃／ｍｉｎに変更した。ポーリング処理工程において、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎから０．５℃／ｍｉｎに変更し、６５０℃の単結晶の相転移温度以上の温度の保持時間を０．７時間から４時間に変更し、降温速度を１．３℃／ｍｉｎから０．２２５℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例３のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
実施例３のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生しなかった。
［実施例４］
熱処理工程において降温速度を０．８℃／ｍｉｎから２．８８℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例４のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例４のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
熱処理工程において降温速度を０．８℃／ｍｉｎから２．８８℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例４のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例４のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［実施例５］
ポーリング処理工程において、昇温速度を０．９４℃／ｍｉｎから３．６１℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例５のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例５のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち７個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
ポーリング処理工程において、昇温速度を０．９４℃／ｍｉｎから３．６１℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例５のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例５のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち７個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［実施例６］
ポーリング処理工程において、降温速度を０．４９℃／ｍｉｎから１．３℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例６のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例６のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち８個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
ポーリング処理工程において、降温速度を０．４９℃／ｍｉｎから１．３℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例６のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例６のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち８個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［実施例７］
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から５時間に変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例７のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例７のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち５個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を１０時間から５時間に変更した。それ以外は、実施例１と同様な方法で実施例７のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例７のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち５個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［実施例８］
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を２０時間から１０時間に変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例８のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例８のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を２０時間から１０時間に変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で実施例８のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例８のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［実施例９］
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を３０時間から１５時間に変更した。それ以外は、実施例３と同様な方法で実施例９のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例９のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
熱処理工程において１４００℃の加熱温度での保持時間を３０時間から１５時間に変更した。それ以外は、実施例３と同様な方法で実施例９のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、４個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、実施例９のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち２個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生しなかった。
［比較例１］
熱処理工程において昇温速度を１．４３℃／ｍｉｎから４．２℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で比較例１のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
端面部切断工程で、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生した。
熱処理工程において昇温速度を１．４３℃／ｍｉｎから４．２℃／ｍｉｎに変更した。それ以外は、実施例２と同様な方法で比較例１のタンタル酸リチウム単結晶を１０個作製した。
端面部切断工程で、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生した。
［比較例２］
単結晶育成工程の種子結晶の引き上げ速度及び回転速度の条件を変更して、直径が７．５ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから１．６６℃／ｍｉｎ（１００℃／ｈｒ）に変更し、加熱温度を１４００℃から１３００℃に変更し、加熱温度での保持時間を１０時間から２４時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから１．６７℃／ｍｉｎ（７０℃／ｈｒ）に変更した。ポーリング処理工程においては条件を変更せずに行った。すなわち、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎ、６５０℃、保持時間０．７時間、降温速度１．３℃／ｍｉｎとした。なお、比較例２の熱処理工程の条件は、特許文献１に記載されているものと同じ条件であった。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、６個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。さらに、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に１個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、比較例２のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生した。
単結晶育成工程の種子結晶の引き上げ速度及び回転速度の条件を変更して、直径が７．５ｃｍであり、長さが１０ｃｍであるタンタル酸リチウム単結晶を得た。熱処理工程において昇温速度を４．２℃／ｍｉｎから１．６６℃／ｍｉｎ（１００℃／ｈｒ）に変更し、加熱温度を１４００℃から１３００℃に変更し、加熱温度での保持時間を１０時間から２４時間に変更し、降温速度を２．８８℃／ｍｉｎから１．６７℃／ｍｉｎ（７０℃／ｈｒ）に変更した。ポーリング処理工程においては条件を変更せずに行った。すなわち、昇温速度を３．６１℃／ｍｉｎ、６５０℃、保持時間０．７時間、降温速度１．３℃／ｍｉｎとした。なお、比較例２の熱処理工程の条件は、特許文献１に記載されているものと同じ条件であった。
１０個のタンタル酸リチウム単結晶のうち、熱処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に３個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。また、端面部切断工程で、６個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。さらに、ポーリング処理工程の後のタンタル酸リチウム単結晶の取り出し中に１個のタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生した。すなわち、比較例２のタンタル酸リチウム単結晶の作製中、１０個のタンタル酸リチウム単結晶のすべてにクラックが発生した。
実施例及び比較例のタンタル酸リチウム単結晶の製造条件及びクラックが発生しなかったタンタル酸リチウム単結晶の数を次の表１にまとめた。
（ｉ）実施例１～９のタンタル酸リチウム単結晶と比較例１，２のタンタル酸リチウム単結晶とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径をＡｃｍとし、熱処理工程で熱処理温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たさないと、１０個すべてのタンタル酸リチウム単結晶にクラックが発生してしまうことがわかった。すなわち、次の式（１）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生を抑制できることがわかった。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
（ｉｉ）実施例１～３と実施例４とを比較することにより、熱処理工程において、熱処理温度で単結晶を熱処理した後、単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
（ｉｉｉ）実施例１～３と実施例５とを比較することによりポーリング処理工程で相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
（ｉｖ）実施例１～３と実施例６とを比較することによりポーリング処理工程において、単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
（ｖ）実施例１と実施例７とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
（ｖｉ）実施例２と実施例８とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理するにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
（ｖｉｉ）実施例３と実施例９とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
１０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１）
（ｉｉ）実施例１～３と実施例４とを比較することにより、熱処理工程において、熱処理温度で単結晶を熱処理した後、単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２）
（ｉｉｉ）実施例１～３と実施例５とを比較することによりポーリング処理工程で相転移温度以上の温度まで単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３）
（ｉｖ）実施例１～３と実施例６とを比較することによりポーリング処理工程において、単結晶の相転移温度以上の温度から単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４）
（ｖ）実施例１と実施例７とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
（ｖｉ）実施例２と実施例８とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理するにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
（ｖｉｉ）実施例３と実施例９とを比較することにより、結晶育成工程で育成した単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で単結晶を熱処理することにより、タンタル酸リチウム単結晶のクラックの発生をさらに抑制できることがわかった。
１０ 単結晶
１１ 円筒部
１２，１３ 端面部
２０ タンタル酸リチウム多結晶体の粉末
３０ 白金容器
４１，４２ 電極
４３，４４ リード線
４５ 外部電源
１１ 円筒部
１２，１３ 端面部
２０ タンタル酸リチウム多結晶体の粉末
３０ 白金容器
４１，４２ 電極
４３，４４ リード線
４５ 外部電源
Claims (8)
- チョクラルスキー法により単結晶を育成する単結晶育成工程と、
前記単結晶育成工程で育成した単結晶を１３００℃以上１４５０℃以下の熱処理温度で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理した単結晶の端面部を切断する端面部切断工程と、
前記端面部切断工程で端面部を切断した単結晶を６００℃以上７５０℃以下の前記単結晶の相転移温度以上の温度まで加熱した後、直流電界を印加しながら前記単結晶を冷却することにより前記単結晶をポーリングするポーリング処理工程とを含み、
前記単結晶育成工程で育成した前記単結晶の直径をＡｃｍとし、前記熱処理工程で前記熱処理温度まで前記単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＢ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（１）の関係を満たすことを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
２０００≦（Ａ３×Ｂ）≦６０００ （１） - 前記熱処理工程において、前記熱処理温度で前記単結晶を熱処理した後、前記単結晶を冷却するときの降温速度をＣ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
８００≦（Ａ３×Ｃ）≦４０００ （２） - 前記単結晶育成工程で育成した前記単結晶の直径が７．５ｃｍ以上１２．５ｃｍ未満の場合、前記熱処理工程において、８時間以上１６時間以下の熱処理時間で前記単結晶を熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
- 前記単結晶育成工程で育成した前記単結晶の直径が１２．５ｃｍ以上１７．５ｃｍ未満の場合、前記熱処理工程において、１２時間以上２４時間以下の熱処理時間で前記単結晶を熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
- 前記単結晶育成工程で育成した前記単結晶の直径が１７．５ｃｍ以上２２．５ｃｍ以下の場合、前記熱処理工程において、１６時間以上３２時間以下の熱処理時間で前記単結晶を熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
- 前記ポーリング処理工程で６００℃以上７５０℃以下の前記単結晶の相転移温度以上の温度まで前記単結晶の温度を上昇させるときの昇温速度をＤ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（３）の関係を満たすことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
１０００≦（Ａ３×Ｄ）≦５０００ （３） - 前記ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の前記単結晶の相転移温度以上の温度から前記単結晶を冷却するときの降温速度をＥ℃／ｍｉｎとした場合、次の式（４）の関係を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
５００≦（Ａ３×Ｅ）≦２５００ （４） - 前記ポーリング処理工程において、６００℃以上７５０℃以下の前記単結晶の相転移温度以上の温度で０．５時間以上６時間以下保持した後、前記単結晶を冷却することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
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