JPH03183690A - 単結晶の育成装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はチロクラルスキー法により育成することが困難
であるＢａＴｉＯ３単結晶及びＫＴａＯ３単結晶等の単
結晶を育成する方法として開発された溶液引き上げ法（
Ｔｏｐ　５ｅｅｄｅｄＳｏｌｕｔｉｏｎ　Ｇｒｏｗｔｈ
法；ＴＳＳＧ法）を改良した単結晶の育成装置に関する
。

［従来の技術］ 大型で良質な単結晶を育成する方法としてチぎクラルス
キー法が知られている。このチｅクラルスキー法はるつ
ぼの中に装入した融液に種結晶を接触させ、この種結晶
を回転させながら上方に引き上げることにより、種結晶
の下方に単結晶を育成する方法である。

しかし、チａクラルスキー法では、融液と種結晶とが同
一の組成であることが必要である。このため、融液と種
結晶とが同一の組成では所望の結晶構造が得られない場
合とか、融点が極めて高いためるつぼを使用することが
できない場合には適用することができないという欠点が
ある。

溶液引き上げ法は、上述のチロクラルスキー法の欠点を
解消した単結晶の育成方法として開発されたものである
（ｖ、　Ｂｅ１ｒｕｓｓ、　Ｊ、　Ｋａｌｎａｊｓ　ａ
ｎｄＡ、　Ｌｌｎｚ、　ＴＯＰ−ＳＥＥＤＥＤ　５ＯＬ
ＵＴＩＯＮ　ＧＲＯＷＴＨＯＦ　０ＸＩＤＥＣＲＹＳＴ
ＡＬＳ　ＦＲＯＭ　ＮＯＮ−ＳＴＯＩＣＩＩＩＯＭＥＴ
ＲＩＣＭＥＬＴＳ。

Ｍａｔ、　Ｒｅｓ、　Ｂｕｌｌ、第６巻　１９７１年発
行　第８９９−９０８頁）。

第３図は、溶液引き上げ法による従来の単結晶の育成装
置を示す模式的断面図である。

るつぼ１の周囲にはヒータ２が配設されており、るつぼ
１に装入された原料融液３を所定の温度に加熱保持する
ようになっている。

一方、るつぼ１の上方には種棒６がその長平方向を鉛直
にして配置されている。この種棒６の下端には棒状の種
結晶取り付は部５が設けられており、この種結晶取り付
は部５に種結晶４が取り付けられるようになっている。

また、種ｍ６の上端は上昇・下降用ヘッド７に固定され
ており、このヘッド７は駆動装置（図示せず）により上
昇及び下降駆動される。これにより、種結晶４はヘッド
７の上昇又は下降移動に伴って上下方向に移動するよう
になっている。

このように構成された単結晶育成装置においては、先ず
、るつぼ１内に所定の組成の原料を装入し、ヒータ２に
よりこの原料を加熱溶融して融液３とし、所定の温度に
保持する。次いで、ヘッド７を下降させて種棒６の種結
晶取り付は部５に取り付けられた種結晶４を融液３に接
触させる。その後、融液３の温度を０．１乃至ｌＯ°Ｃ
／時で低下させ、種結晶４の下部に平衡的に結晶を成長
させると共に、結晶が所望の結晶径となるように種棒６
を所定の速度で上昇させる。これにより、種結晶４の下
部に単結晶が育成される。

この方法においては、結晶育成時に融液３が結晶中に巻
き込まれることを回避することが重要な課題であると共
に、結晶内にクラックがない良質の結晶を得るためには
融液３内の温度勾配を必要最小限に維持することが重要
である。このために、種結晶４以外の場所に結晶の核が
発生しないように、種結晶４と接触した部分の融液３の
温度が最も低くなるような極めて緩やかな温度場を形成
する必要がある。

そこで、従来は、種棒８を白金等の金属からなる二重構
造管とし、種棒６の内部に気体を通流させて種棒６の先
端部の種結晶４を冷却している。

即ち、従来の単結晶の育成装置の種棒６は、有底筒状の
外管の内部に筒状の内管（図示せず）を配置し、内管と
外管との間に気体流路を設けて、この気体流路と内管の
内側の気体流路とが種ｌｌ５６の下端部において連通し
た構造になっている。そして、例えば、内管の上端部か
ら冷却用気体を内管内に供給し、外管と内管との間の気
体流路を介して排出することにより、種棒６の先端に取
り付けられた種結晶４を冷却している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の２重管構造の種棒６では
、種結晶取り付は部５に取り付けた種結晶４を冷却する
外、種棒６の外周近傍の気体も冷却することになる。こ
のため、第３図において矢印で示すように、種棒６の外
周近傍では冷却された外気の下向流が発生し、この外気
の下向流によりるつぼ１内の融液３の表面が冷却されて
しまう。

そうすると、融液３の表面に浮遊する結晶核が発生した
り、又は結晶が種結晶４から融液３の液面に沿って成長
したりするため、良質の単結晶を育成することができな
い。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
種結晶以外の場所からの結晶の成長を抑制することがで
き、良質の単結晶を育成することができる単結晶の育成
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る単結晶の育成装置は、種棒に取り付けられ
た種結晶をるつぼ内の原料融液に接触させた後単結晶を
引き上げる単結晶の育成装置において、前記種棒は有底
筒状の外管、この外管内に相互間に適長間隔をおいて配
置された内管及び前記外管の外周面を被覆する被覆材に
より構成されており、前記被覆材の熱伝導率は前記外管
の熱伝導率より小さいことを特徴とする特 ［作用コ 本発明においては、種棒が内管及び外管と、前記外管の
外周面を被覆する被覆材とにより構成されている。この
被覆材の熱伝導率は前記外管の構成材料の熱伝導率に比
して小さいため、この被覆材は断熱材として作用する。

従って、種棒の内部に冷却用気体を通流させても、種棒
の外周面における外気の冷却が抑制される。これにより
、外気の下向流の発生が抑制された状態で、種結晶を冷
却することができるため、種結晶の下方にのみ結晶を成
長させることができる。

種棒は結晶育成温度における耐熱性が必要である。結晶
育成温度はｌ０００℃以上の高温である場合が多いので
、内管及び外管はこのような高温において耐食性が優れ
ており、しかも加工性が良好な材料で形成する必要があ
る。このような材料としては、白金若しくは白金合金、
ロジウム若しくはロジウム合金又はイリジウム若しくは
イリジウム合金がある。従って、内管及び外管はこれら
の金属又は合金により形成することが好ましい。なお、
結晶育成温度等の条件によっては、内管及び外管の構成
材料として、ステンレス及びタングステン等の金属材料
を使用することもできる。

また、被覆材は耐熱性を有していると共に、前記外管の
材質に比して熱伝導率が低いことが必要である。このよ
うな材料としては、石英ガラス、アルミナ及びジルコニ
ア等がある。従って、被覆材の材質としては、石英ガラ
ス、アルミナ又はジルコニアが好ましい。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る単結晶の育成装置を示す
模式的断面図、第２図は同じくその種棒１１を拡大して
示す断面図である。

本実施例が従来と異なる点は、種棒の構造が異なること
にあり、その他の構造は基本的には従来と同様であるの
で、第１図及び第２図において第３図と同一物には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。

種棒１１は内管１３及び外管１４からなる二重構造管と
、前記外管１４を被覆する被覆材１２とにより構成され
ている。内管１３はスペーサ１６により外管１４の内周
面から適長間隔をおいて外管１４の内部の所定位置に外
管１４と同心的に配置されている。この内管１３及び外
管１４は例えば白金若しくは白金合金、ロジウム若しく
はロジウム合金又はイリジウム若しくはイリジウム合金
により形成されており、被覆材１２は例えば石英ガラス
、アルミナ又はジルコニアにより形成されている。また
、外管１４の下端部には従来と同様に種結晶取り付は部
１５が設けられている。内管１３及び外管１４は上端部
で一体化されており、この両者が一体化した部分で上昇
・下降用ヘッド７に取り付けられている。そして、この
上昇・下降用ヘッド７を挿通して冷却用気体が内管１３
の内部に供給されるようになっている。

この内管１３の内部に供給された冷却用気体は内管１３
内を下方に向って通流し、外管１４の底部を冷却する。

その後、この冷却用気体は、内管１３の下端部から内管
１３と外管１４との間を上昇して、外管１４の上端部に
設けられた穴から外部に放出される。

本実施例においては、外管１４の外周面に熱伝導率が低
い被覆材１２が設けられており、この被覆材１２の断熱
作用により、種棒１１の周囲の気体が冷却されることを
回避できる。従って、種棒１１の近傍に外気の下向流が
発生することなく、融液３の表面が外気の下向流により
冷却されることがないため、融液３には種結晶４と接触
した部分の融液３の温度が最も低くなるような所望の温
度勾配を容易に形成することができる。これにより、種
結晶４の下方に単結晶を良好な状態で育成することがで
きる。

次に、上述した実施例装置を使用して実際に単結晶を育
成した結果について説明する。

先ず、るつぼ１内にＢａＯを３５モル％、ＴｉＯ２を６
５モル％の割合で混合した原料を装入しヒータ２で加熱
溶融して融液３とした。次に、この融液３をヒータ２に
より１４１０℃に加熱して溶融状態に維持した。一方、
種棒１１の先端の種結晶取り付は部１５に白金線により
Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏｓの種結晶４を固定した。この種結
晶４は縦が３ｍｍ。

横が３■、長さが１０＋ａｍであり、長手方向が（１０
０）面になるように切り出したものである。。

次に、この種結晶４を融液３に接触させた。そして、融
液３の温度を５゛Ｃ／時で下降させ、種結晶４に結晶が
晶出してくるのを確認した後、融液３の温度降下速度を
０．５°Ｃ／時に変更し、種棒１１を０．３ｍｍ　７時
の速度で上昇させた。

このようにして約５０時間結晶を育成した後、この結晶
を１００°Ｃ／時の温度降下速度で冷却したその結果、
直径が１５ｍｍ１長さが１５１１１０１のＢ　ａ　Ｔ　
ｉ　Ｏ３単結晶を得た。この単結晶はクラックの発生及
び融液の巻き込みが回避された良好な状態のものであっ
た。また、この結晶育成中は、良好な結晶育成を妨げる
ような種結晶以外の場所からの同時発生核は皆無であっ
た。更に、結晶の形状は平面状ではなく、所望のバルク
状結晶形であった。

なお、本実施例においては、種棒１１の外管１４及び内
管１３が上端部で一体化されており、この一体化された
部分で上昇・下降用ヘッド７に取り付けられているが、
種棒の構造はこの実施例により限定されるものではなく
、例えば外管及び内管を夫々個別的に上昇・下降用ヘッ
ドに取り付けてもよいし、内管と外管との間に装入され
たスペーサにより内管と外管とを一体化した構造であっ
てもよい。また、種結晶取り付は部は種々の形状のもの
が提案されており、本実施例によりその形状が限定され
るものではない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、種棒が内管、外管
及び被覆材により構成されており、前記被覆材の熱伝導
率が前記外管の熱伝導率に比して小さいから、被覆材の
断熱作用により種棒の外周面近傍の気体の冷却が抑制さ
れ、種棒の周囲に下向流が発生することを回避できる。

このため、種棒の先端に取り付けられた種結晶を冷却し
つつ単結晶を育成するときに、融液の表面の種結晶以外
の場所に核が発生することが回避されて、良質の単結晶
を育成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る単結晶の育成装置を示す
模式的断面図、第２図は同じくその種棒を拡大して示す
断面図、第３図は従来の単結晶の育成装置を示す模式的
断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）種棒に取り付けられた種結晶をるつぼ内の原料融
   液に接触させた後単結晶を引き上げる単結晶の育成装置
   において、前記種棒は有底筒状の外管、この外管内に相
   互間に適長間隔をおいて配置された内管及び前記外管の
   外周面を被覆する被覆材により構成されており、前記被
   覆材の熱伝導率は前記外管の熱伝導率より小さいことを
   特徴とする単結晶の育成装置。
2. （２）前記内管及び外管は白金、ロジウム若しくはイリ
   ジウム又はその合金で形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の単結晶の育成装置。
3. （３）前記被覆材は石英ガラス、アルミナ又はジルコニ
   アで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の単結晶の育成装置。