JPH04300294A - ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はニオブ酸リチウム単結晶
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】ニオブ酸リチウムの単結晶は各種のオプト
エレクトロニクス材料として使用されている。例えば、
同単結晶はポッケルス効果を利用した電圧センサ素子、
光導波絡素子として、表面弾性波を利用した表面弾性波
フイルタ、音響光学素子として、焦電効果を利用した焦
電センサ素子として使用される。これらのオプトエレク
トロニクス材料として使用される場合には、結晶欠陥が
少ないこと、組成が均一であること、光学的特性に優れ
ていること等が要求される。

【０００３】ニオブ酸リチウムの単結晶はー般に引き上
げ法またはチョコラルスキー法といわれる、容器内に収
容したニオブ酸リチウムの多結晶を同容器の外周側に上
下方向へ移動可能に配設した加熱手段により高周波発振
機からの出力に応じて加熱して融液とするとともに同融
液に種結晶を接触させ、同種結晶に前記融液を固化させ
ながら引き上げて前記ニオブ酸リチウムの単結晶を育成
する方法が採られている。また、かかる引き上げ法にお
いては、引き上げられて育成する単結晶の直径制御を重
量法による前記加熱手段の移動と前記高周波発振機の出
力を制御することにより行う手段が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の製造
方法においては、引き上げられるニオブ酸リチウムの重
量と予め設定された重量とが一致するように高周波発振
機の出力が制御されるとともに、この間加熱手段は一定
の降下速度で移動するように制御される。しかしながら
、容器内のニオブ酸リチウム多結晶の融液には融液自身
の温度変化、雰囲気の温度変化、融液の引き上げ量、引
き上げ速度等の影響により対流が発生して引き上げられ
た実際の重量と測定される重量とに差が生じたり、単結
晶の成長界面の温度勾配が変化し、育成された単結晶に
は欠陥が多く発生することになる。本発明者等はかかる
実状に着目して加熱手段の移動速度を高周波発振機の出
力に基づいて制御することにより、融液の温度変化、雰
囲気の温度変化、融液の対流の変化、成長界面の温度勾
配の変化をなくし、結晶中に欠陥の極めて少ないニオブ
酸リチウム単結晶が得られることを知得して本発明に到
達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器内に収容
したニオブ酸リチウムの多結晶を同容器の外周側に上下
方向へ移動可能に配設した加熱手段により高周波発振機
からの出力に応じて加熱して融液とするとともに同融液
に種結晶を接触させ、同種結晶に前記融液を固化させな
がら引き上げて前記ニオブ酸リチウムの単結晶を育成す
るとともに、引き上げられて育成するニオブ酸リチウム
の単結晶の直径制御を重量法による前記加熱手段の移動
と前記高周波発振機の出力により制御する引き上げ法に
よるニオブ酸リチウム単結晶の製造方法において、前記
加熱手段の移動速度を前記高周波発振機の出力が一定と
なるように制御することを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の作用・効果】本発明の製造方法により製造され
たニオブ酸リチウム単結晶においては、表１に示すよう
に、エッチピット密度が従来の方法にて得られたニオブ
酸リチウム単結晶に比較して極めて小さくて、結晶中の
欠陥が極めて少ない単結晶であることが判明した。従っ
て、本発明の製造方法は良好な特性のニオブ酸リチウム
単結晶を得るための極めて有効な手段である。ところで
、チョコラルスキー法によるニオブ酸リチウム単結晶の
育成の自動径制御において、高周波発振機の出力の変化
は育成結晶の径の変動に対応し、径の変動は対流の変化
と育成結晶の周辺の温度環境に依存しており、これらの
変化に伴って育成結晶に欠陥が発生するものと理解され
る。このため、高周波発振機の出力が一定となるように
加熱手段の移動速度を制御することにより、単結晶中で
の欠陥の発生を防止することができるものと理解される
。

【０００７】

【実施例】（１）製造実験装置 本発明の実施に使用した実験装置を図１に示している。 当該実験装置はニオブ酸リチウムの多結晶の溶融装置１
０、引き上げ機構２０、直径自動制御装置３１、高周波
発振機３２および制御器３３を備えてなり、溶融装置１
０は炉体１１、ワークコイル１２および駆動機構１３を
備えている。炉体１１は図２に示すように白金坩堝１１
ａ、白金製のアフタヒータ１１ｂ、セラミック質のボー
ル群１１ｃおよびセラミック質の各構成部材１１ｄ〜１
１ｇからなる。これの全ての構成部材１１ａ〜１１ｇは
互いに別部材で組付けた状態で炉体１１を構成し、かつ
組立体を分解可能としている。

【０００８】白金坩堝１１ａはニオブ酸リチウムの多結
晶を収容するもので、第１支持台１１ｄ上に起立した支
持筒１１ｅ上に支持された内筒１１ｆ内に収容され、か
つ同内筒１１ｆは外筒１１ｇにて外周を覆蓋されている
。当該炉体１１においては、坩堝１１ａの外周と内筒１
１ｆ間の間隙にボール群１１ｃが充填されているととも
、アフタヒータ１１ｂが内筒１１ｆ内の坩堝１１ａより
上方に位置している。なお、炉体１１において、符号１
１ｈは坩堝１１ａ内の温度を測定する熱電対である。

【０００９】当該炉体１１の外周には図２に示すように
ワークコイル１２が配設されている。同ワークコイル１
２は本発明の加熱手段に該当する高周波加熱コイルであ
つて、駆動機構１３の作用により外筒１１ｇの外周に沿
って上下方向へ移動する。駆動機構１３は駆動モータ１
３ａ、同モータ１３ａより駆動されるピニオン１３ｂお
よび同ピニオン１３ｂに噛合して同ピニオン１３ｂの回
転により上下方向に移動するラツク１３ｃにより構成さ
れていて、ラツク１３ｃはワークコイル１２に連結して
いる。これにより、駆動モータ１３ａの駆動によりワー
クコイル１２が上下方向に移動する。

【００１０】引き上げ機構２０は引き上げ棒２１、同引
き上げ棒２１を所定の速度で引き上げる図示しない駆動
機構および重量検出センサ２２を備えている。引き上げ
棒２１の下端にはニオブ酸リチウム単結晶の種結晶が固
定されていて、種結晶を坩堝１１ａ内のニオブ酸リチウ
ム多結晶に接触した状態で同融液の界面から引き上げる
。重量検出センサ２２は引き上げられたニオブ酸リチウ
ムの重量を検出するものである。

【００１１】直径自動制御装置３１、高周波発振機３２
および駆動機構１３の制御器３３は公知のもであり、当
該自動制御装置３１においては、引き上げ機構２０の重
量検出センサ２２からの検出信号に基づき引き上げられ
た単結晶の重量を演算するとともに予め設定された値と
比較し、これらの偏差に基づき高周波発振機３２の出力
を制御してワークコイル１２における高周波出力を制御
し、坩堝１１ａ内のニオブ酸リチウム多結晶の融液温度
を制御するものである。

【００１２】（２）単結晶の製造実験 本実験においては上記した製造実験装置を使用して、下
記の条件でニオブ酸リチウム単結晶を製造する実験を行
った。 原料：ニオブ酸リチウム多結晶４．０ｋｇ坩堝：外径１
２０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ、融液レベル１００ｍｍ単結
晶の育成：設定直径８３ｍｍ、結晶長６０ｍｍ引き上げ
棒：引き上げ速度１．２３ｍｍ／ｈｒ、回転速度３〜２
０ｒｐｍ ワークコイル：移動速度０〜１０ｍｍ／ｈｒ

【００１３
】本実験においては、図３のグラフに示すように従来法
と同様にワークコイル１２の移動速度を一定にした場合
（比較例１、２、３）と、図４のグラフに示すように高
周波発振機３２の出力を一定にした場合（実施例）を行
った。ワークコイル１２の移動速度を一定にした各比較
例１〜３の場合の高周波発振機３２の出力は、図４のグ
ラフに示すように大きく変動する。また、ワークコイル
１２の移動速度を高周波発振機３２の出力が一定になる
ようにした実施例の場合、ワークコイル１２の移動速度
は図４の太い実線のグラフに示すように変化する。実施
例においては高周波発振機３２の出力を一定にする手段
として、下記の手段を採った。

【００１４】当該製造実験装置においては、直径自動制
御装置３１に高周波発振機３２の制御すべき出力を指示
する表示部３１ａを備えており、本実施例においては同
表示部３１ａに表示された指示出力を目視して同指示出
力の値が予め設定された一定の出力になるように制御器
３３の操作ツマミ３３ａを回転操作し、これにより駆動
モータ１３ａの回転を制御してワークコイル１２の移動
速度を制御する。なお、図３および図４のグラフにおけ
る横軸は引き上げられて育成した単結晶が予め設定され
た直径（単結晶が直胴状態）になってからの時間を意味
する。

【００１５】各製造実験により製造されたニオブ酸リチ
ウムの各単結晶をエッチピット密度による結晶性の評価
試験を行った。得られた結果を表１に示す。なお、当該
エツチピツト密度による評価試験の条件は下記の通りで
ある。 評価試験の試料：育成された単結晶の肩部の下端から２
０ｍｍ下方の直胴部位を、引き上げ軸方向に対して垂直
に切断して厚さ１ｍｍの試料素材を切り出し、これを加
工ダメージが残らないように研磨して試料とする。 試験液：７０ｗｔ％ＨＮＯ３と４６ｗｔ％ＨＦとの２：
１の容量比の水溶液 処理：各試料を温度約１２０℃の試験液に３時間浸漬し
た後取り出す。 エッチピットの測定：処理済みの試料の表面の所定間隔
離れた１０カ所の一定面積内を顕微鏡（倍率２５倍）に
より観察してエッチピットの個数を測定する。 エツチピット密度：測定された１０カ所のエッチピット
の個数の平均値からエッチピット密度（単位面積当りの
エッチピットの個数）を算出する。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１から明らかなように、実施例における
エツチピット密度は各比較例１〜３のエッチピット密度
に比較して１／２またはそれ以下の値であり、本実施例
のごとくワークコイル１２の移動速度を高周波発振機３
２の出力が一定となるように制御することにより、欠陥
の極めて少ないニオブ酸リチウム単結晶が得ることがで
きる。従って、本発明の製造方法は良好な特性のニオブ
酸リチウム単結晶を得るための極めて有効な手段である
ことが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施に使用した製造実験装置の概略構
成図である。

【図２】同製造実験装置を構成する炉体の縦断面図であ
る。

【図３】各実験における単結晶の引き上げ時間とワーク
コイルの移動速度との関係を示すグラフである。

【図４】各実験における単結晶の引き上げ時間と高周波
発振機３２の出力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…溶融装置、１１…炉体、１２…ワークコイル、１
３…駆動機構、２０…引き上げ機構、　３１…直径自動
制御装置、３２…高周波発振機、３３…制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内に収容したニオブ酸リチウムの多結
   晶を同容器の外周側に上下方向へ移動可能に配設した加
   熱手段により高周波発振機からの出力に応じて加熱して
   融液とするとともに同融液に種結晶を接触させ、同種結
   晶に前記融液を固化させながら引き上げて前記ニオブ酸
   リチウムの単結晶を育成するとともに、引き上げられて
   育成するニオブ酸リチウムの単結晶の直径制御を重量法
   による前記加熱手段の移動と前記高周波発振機の出力に
   より制御する引き上げ法によるニオブ酸リチウム単結晶
   の製造方法において、前記加熱手段の移動速度を前記高
   周波発振機の出力が一定となるように制御することを特
   徴とするニオブ酸リチウム単結晶の製造方法。