JPH01126291A - 輻射線加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は輻射線加熱装置に関し、特に回転楕円面から成
る反射鏡を用いる輻射線加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

輻射線加熱装置は少くとも１個の回転楕円面から成る反
射鏡の一方の焦点に熱光源を設置し、かつ他方の焦点に
試料を置いて、熱光源から放射された熱輻射線を試料側
の焦点に集光し試料を加熱するものである。

この装置には、反射鏡が１個の回転楕円面で構成される
半楕円型、反射鏡が２個の回転楕円面の組合わせで構成
される双楕円型、更に反射鏡が３個以上の回転楕円面の
組合わせで構成される多槽円型がある。

次に、従来の輻射線加熱装置について図面を参＼、１′
、マー、・ソ の−例である双楕円型輻射線加熱装置の加熱炉部分の縦
断面図であり、第６図は第５図のＸ′軸に直交し、Ｆ、
　１点を通る断面を示す断面図である。

両図において、２００，２０１が反射鏡であり、その反
射鏡面２０２ａ、２０２ｂはそれぞれ焦点Ｆ！’、Ｆ、
’を有する楕円をＸ′軸まわシに回転させた回転楕円面
と、焦点ＦｆｆｉＺＦ３′を有する楕円をＸ′軸まわり
に回転させた回転楕円面で構成される。

２０３ａ、２０３ｂはそれぞれ反射鏡面２０２ａ　、　
２０２ｂの焦点ＦＩ′及びＦ　、　／に設けられた熱光
源で、ノ・ロゲンランプなどが使用される。熱光源２０
３ａ　、　２０３ｂからの光は反射炉面２０２ａ、２０
２ｂによシ共有の焦点Ｆ　、Ｉ上に同時に集光され、焦
点Ｆ　、　ｌが加熱点となる。また、上側試料２０４は
上試料ホルダー２０５を介して上シャフト２０６に保持
固定され、下側試料２０７は下試料ホルダー２０８を介
して下シャフト２０９に保持固定されている。上側試料
２０４及び下側試料２０７は焦点Ｆ、′付近で加熱溶融
され、溶融域（モルテンゾーン）２１０を形成した状態
で結合しており、溶融域２１０付近の周囲は石英管ホル
ダー２２０で抑圧保持された透明石英ガラス製の炉芯管
２１１に包まれている。

一方、反射鏡２０１の側面には、気密保持用のガラス窓
２１２を有する溶融域観察窓２１３があけられておシ、
反射鏡２０１に固定されたレンズ２１４によシ溶融域２
１０及びその近傍の上側試料２０４、下側試料２０７の
像が結合される位置にスクリーン２１５が固定されてい
る。

ところで、このようなスクリー７２１５に像が投写され
るには、熱光源２０３ａ及び２０３ｂによシ加熱された
上側試料２０４、下側試料２０７及び浴融域２１０が自
身の熱によシ自から輝くことが必要であシ、発光源とな
りている上側試料２０４、下側試料２０７及び溶融域２
１０からの光でこれらの像が形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の輻射線加熱装置はフローティングゾーン
法による結晶成長のために使用されるが、この場合、下
側試料２０７には成長させたい結晶の種結晶を、上側試
料２０４にはこの種結晶と同一成分の多結晶棒をそれぞ
れ使用する。従って、融点の非常に低い材料、例えばイ
ンジウムアンチモン、鉛、亜鉛などといった材料の単結
晶を製作する場合、溶融域２１０の形成に当っては融液
温度を融点近傍に設定するため、溶融域２１０の温度が
低く、その発光量が小さいので、溶融域２１０の像がス
クリーンに写らなかったシ、写っても非常に暗くて溶融
域の形状の層側に支障をきたす。

また、溶融域を形成するためには第７図に見る如く上側
試料２０４と下側試料２０７とをわずかな隙間２１９を
置いて対向せしめ、この隙間２１９の中央に反射ｆｉ２
００，２０１の焦点Ｆ、　ｌが一致する状態で熱光源２
０２ａ、２０２ｂに徐々に電力を加え、上側試料２０４
と下側試料２０７との対向部を徐々に加熱し、この対向
部を遂には溶融させ、溶融した状態で結合させて上側試
料２０４と下側試料２０７とが′ｆ＃融域２１０を介し
て結合されている状態とするような工程を必要とする。

この溶融域形成工程では、溶融域ができる前に上シャフ
ト２０６を上シャフト移動機構（図示省略）を用いてＺ
′軸に沿って動かすことで上側試料２０４と下側試料２
０７との隙間２１９を最適な寸法に調整したシ、反射鏡
移動機構（図示省略）を用いて反射鏡２００，２０１を
２′軸に沿って動かすことで反射鏡２００，２０１の焦
点ｐ　ｔ　ｔの位置を隙間２１９の中央にくるように調
整する事が重要である。

しかしながら、前述したインジウムアンチモン、鉛、亜
鉛などの融点の低い材料の場合には、溶融域のできる前
の試料の温度は非常に低く、上側試料２０４と下側試料
２０７との像がスクリーン上に写らないため、溶融域形
成工程での上シャフト位置や反射鍵位置の調整において
目標が見えず正確に行えない問題を生じる。

したがって、本発明は融点の低い材料の場合（でも溶融
域形成工程での上シャフト位置や反射鏡位置の調整に必
要な上側試料と下側試料との間の隙間や溶融域の形状を
明確に見ることのできる輻射線加熱装置を提供すること
３課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の輻射線加熱装置は、回転楕円面からなる反射鏡
と、前記反射鏡の第一の焦点位置に設けられた熱光源と
、加熱点である前記反射鏡の第二の焦点を通り前記第一
の焦点及び前記第二の焦点を結ぶ第一の軸に垂直な第二
の軸に沿って対向配置される試料を保持する手段と、前
記第一の軸及び前記第二の軸に垂直で前記第二の焦点を
通る第三の軸上に設け前記試料の溶融域を観察する溶融
域観察窓とを備える輻射線加熱装置において、前記第三
の軸上の前記第二の焦点に対して前記溶融域観察窓とほ
ぼ対向するように設けた第二の観察窓と、前記第二の観
察窓の近傍に設けられた赤外カットフィルタを有する照
明用窓を通して前記溶融域付近を照射する照明用光源と
を備える。

〔作用〕

本発明の輻射線加熱装置は熱光源に電力の供給がなく、
試料からの発光のない場合でも、照明用光源を点灯して
赤外カットフィルタを通した冷たい照明光を試料に当て
、試料を加熱せずに照明して第二の観察窓から試料を見
ることにより、試料の位置及び状態を萌瞭に観察できる
。

〔実施例〕

次に１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例の加熱炉部分の概念を示す概
念図である。第２図は第１図の一実施例の加熱炉部分の
Ｘｚ平面における断面を示す断面図、第３図は第１図の
一実施例のＹＺ平面における断面を示す断面図である。

各図において、１００．１０１が反射鏡であシ、その反
射鏡面１０２ａ、１０２ｂはそれぞれ焦点ＦｌｙＦ、を
有する楕円をＸ軸まわりに回転させた回転楕円面と、焦
点Ｆ！、Ｆｓｔ有する楕円をＸ軸゛まわシに回転楕円面
で構成される。１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ反射鏡面
１０２ａ、１０２ｂの焦点Ｆ１及びＦｉＫ設けられた熱
光源である。熱光源１０３ａ。

１０３ｂからの光は反射鏡面１０２ａ、１０２ｂにより
共有焦点Ｆ、上に同時に集光され、焦点Ｆ２が加熱点と
なる。また、上側試料１０４は上試料ホルダー１０５を
介して上シャフト１０６に保持固定され、下側試料１０
７は下試料ホルダー１０８ｔ−介して下シャフト１０９
に保持固定されている。

上シャツ）１０６及び下シャフト１０９はＺ軸上に配置
され、同じくＺ軸上に配置された上側試料１０４及び下
側試料１０７は焦点Ｆ！付近で加熱溶融され、溶融域１
１０を形成した状態で結合しており、溶融域１１０付近
の周囲は石英管ホルダー１２０で抑圧保持された透明石
英ガラス製の炉芯管１１１に包まれている。反射鏡１０
１の側面にはＹ軸上に気密保持用のガラス窓１１２を有
する溶融域観察窓１１３があけられており、反射鏡１０
１に固定されたレンズ１１４によシ、溶融域１１０及び
その近傍の上側試料１０４、下側試料１０７の像が結像
される位置にスクリーン１１５が固定されている。一方
、焦点Ｆ、に対して溶融域観察窓１１３と対称な位置に
は、反射鏡１０１の側面のＹ軸上に気密保持用のガラス
窓１１６を有する第二の観察窓１１７があけられており
、この第二の観察窓１１７の近傍に赤外カットフィルタ
１１８を有する照明用窓１１９があけられ、赤外カット
フィルタ１１８の外側に照明用光源１２０が配置された
構造を有する。

次に、第１図の一実施例により単結晶を製造する際の溶
融域の形成の手順について述べる。単結晶を製造するに
は下側試料１０７として種結晶を設置し、上側試料１０
４として種結晶と同材質の焼結素材棒もしくは多結晶素
材棒を用いる。まず始めに、第４図のように、上側試料
１０４と下側試料１０７とをわずかな隙間１２１を置い
て対向せしめ、この隙間１２１の中央に反射鏡１０１の
焦点Ｆ、が一致する状態にする。この場合、照明用光源
１２０を点灯して赤外カットフィルタ１１８によシ赤外
光を取除いた冷たい照明光で照明されて観察可能となっ
た上側試料１０４と下側試料１０７とを第二の観察窓１
１７を通して観察し、試料間の隙間１２１の位置及び量
を観察しながら上シャフト移動機構（図示省略）及び反
射鏡移動機構（図示省略）を用いて上シャフト及び反射
鏡の２方向の位置を移動調整し、第４図の状態を実現す
る。

続いて、熱光源１０３ｉ、１０３ｂに電力を徐々に加え
、上側試料１０４の先端と下側試料１０７の先端との加
熱温度を上昇させ、上側試料１０４と下側試料１０７と
の先端が溶融した状態で結合し、ｆＸａ図のように溶融
域１１０を形成するまで熱光源への電力を増加させ続け
る。この場合、熱光源への投入電力を増加させ、試料温
度を上昇させていく過程で試料の温度があり、赤熱した
試料自身からの発光によりスクリーン１１５に試料自身
の結像が観察されるようになった時点で試料状態の観察
は第二の観察窓１１７からの観察からスクリーン１１５
上の像の観察に切）換える。但し、融点が低く、溶融域
１１０を形成した時点でもなお溶融域１１０の輝度が低
く、スクリーン１１５上に溶融域像を観察できないよう
な低触点の試料の場合には、溶融域形成後も第二の観察
窓１１７からの観察を続行する。この際照明用光源１２
０は消灯してもよい。

次ｌ二、スクリーン１１５上または第二の観察窓１１７
から溶融域１１０を観測しながら熱光源への電力と上シ
ャフト１０６及び反射ｆ＃１０１の位置とを調整して溶
融域１１０の形状を最適な状態にする。この後、溶融域
１１０の最適形状を維持したまま反射鏡１０１を又軸方
向に微少速度で移動させ、加熱点を移動させることで結
晶成長を行なう。

なお、上記実施例では、Ｙ軸上に溶融域観察窓及び第二
の観察窓が並んでいる構造を示したが、これらは必ずし
もＹ軸上に並ぶ必要はなく、Ｚ軸に直交し加熱点である
焦点Ｆ、を通る任意の異なる軸上にそれぞれ設置されて
いてもよい。また、上記実施例では、照明用窓をＹＺ平
面内に描いであるが、照明用窓は第二の観察窓の近傍に
設置されていれば、任意の位置で同様に実施できる。ま
た、ここでは双楕円型の輻射線加熱装置について説明し
たが、単槽円型あるいは長楕円型の輻射線加熱装置につ
いても適用できる。

更に上記実施例では、溶融域の像をレンズでスクリーン
上に結像させる構造で説明したが、レンズとスクリーン
の替わりに、接写レンズとＴＶ左カメラ用いて溶融域を
溶融域観察窓を通して直接ＴＶ左カメラ撮像する構造の
場合にも適用でき同様の効果を生ずる。また、以上の説
明で述べた熱光源としては、ハロゲンランプ、キセノン
ランプ等の任意のランプの使用が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、溶融域観察窓に加
えて第二の観１察窓、赤外カットフィルタを有する照明
用窓及び照明用光源を設けることにより、従来困難であ
った融点の低い材料の溶融域形状の明瞭な観察がどんな
に融点の低い材料に対しても可能となりた。更に、従来
不可能であった熱光源に電力を供給していない時でも上
側試料と下側試料との間の隙間の位置や量を観測するこ
とができるため、溶融域形成工程の初期に必要な試料位
置及び反射鏡位置の正確な調整が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式図、第２図。 第３図、第４図は一実施例の断面図、第５図、第６図、
第７図は従来例の断面図である。 １００．１０１・−・・−反射鏡、１０３ａ、１０３ｂ
　−−・熱光源、１０４・・・・・・上側試料、１０６
・・・・・・上シャフト、１０７・・・・・・下側試料
、１０９・・・・・・下シャフト、１１０・・・・・・
溶融域、１１３・・・・・・溶融域観察窓、１１４・・
・・・・レンズ、１１５・・・・・・スクリーン、１１
７・・・・・・第二の観察窓、１１８・・・・・・赤外
カットフィルタ、１１９・・・・・・照明用窓、１２０
・・・・・・照明用光源。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 茅　　Ｉ　　図 第　、３　　凹 ／ｌ）り 第　５　図 Ｚ′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転楕円面からなる反射鏡と、前記反射鏡の第一の焦点
   位置に設けられた熱光源と、加熱点である前記反射鏡の
   第二の焦点を通り前記第一の焦点及び前記第二の焦点を
   結ぶ第一の軸に垂直な第二の軸に沿って対向配置される
   試料を保持する手段と、前記第一の軸及び前記第二の軸
   に垂直で前記第二の焦点を通る第三の軸上に設け前記試
   料の溶融域を観察する溶融域観察窓とを備える輻射線加
   熱装置において、 前記第三の軸上の前記第二の焦点に対して前記溶融域観
   察窓とほぼ対向するように設けた第二の観察窓と、前記
   第二の観察窓の近傍に設けられた赤外カットフィルタを
   有する照明用窓を通して前記溶融域付近を照射する照明
   用光源とを備えることを特徴とする輻射線加熱装置。