JPH05178685A - 浮遊帯域溶融装置 - Google Patents
浮遊帯域溶融装置Info
- Publication number
- JPH05178685A JPH05178685A JP34704091A JP34704091A JPH05178685A JP H05178685 A JPH05178685 A JP H05178685A JP 34704091 A JP34704091 A JP 34704091A JP 34704091 A JP34704091 A JP 34704091A JP H05178685 A JPH05178685 A JP H05178685A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shape
- lamp
- floating zone
- spheroidal
- zone melting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
- C30B13/24—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge using electromagnetic waves
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 内面を反射面とした回転楕円面反射鏡の一方
の焦点に赤外線ランプを設け、他方の焦点上に反射面か
ら反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線集中
加熱装置において、回転楕円面反射鏡が、その断面とし
て回転楕円面反射鏡の形状を有し、かつ、全体はリング
状となる特殊形状からなることを特徴とする光学式浮遊
帯域溶融装置。 【効果】 良質の単結晶の育成と、大口径単結晶の育成
が可能となる。
の焦点に赤外線ランプを設け、他方の焦点上に反射面か
ら反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線集中
加熱装置において、回転楕円面反射鏡が、その断面とし
て回転楕円面反射鏡の形状を有し、かつ、全体はリング
状となる特殊形状からなることを特徴とする光学式浮遊
帯域溶融装置。 【効果】 良質の単結晶の育成と、大口径単結晶の育成
が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ハロゲンランプ等の
赤外線ランプから発せられる赤外線を回転楕円面反射鏡
を用いてその輻射線として集中し、高温を得て、単結晶
の育成、もしくは、相平衡の研究等に使用するのに有用
な、いわゆる輻射線集中加熱装置に関するものである。
赤外線ランプから発せられる赤外線を回転楕円面反射鏡
を用いてその輻射線として集中し、高温を得て、単結晶
の育成、もしくは、相平衡の研究等に使用するのに有用
な、いわゆる輻射線集中加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、単結晶の育成、相
平衡の研究等の分野においては、輻射線集中加熱装置が
よく知られており、この輻射線集中加熱装置は、（１）
坩堝を使用せずに、試料の溶融が行えること、（２）雰
囲気ガスを任意に選べること、（３）浮遊帯域法を利用
して、種々の組成の単結晶育成が容易に行えること、
（４）浮遊帯域徐冷法による相平衡研究が行えること、
（５）比較的少ない電力で高温度が容易に得られるこ
と、等の利点があり、単結晶の育成、相平衡の研究装置
等に広く利用されるようになってきている。
平衡の研究等の分野においては、輻射線集中加熱装置が
よく知られており、この輻射線集中加熱装置は、（１）
坩堝を使用せずに、試料の溶融が行えること、（２）雰
囲気ガスを任意に選べること、（３）浮遊帯域法を利用
して、種々の組成の単結晶育成が容易に行えること、
（４）浮遊帯域徐冷法による相平衡研究が行えること、
（５）比較的少ない電力で高温度が容易に得られるこ
と、等の利点があり、単結晶の育成、相平衡の研究装置
等に広く利用されるようになってきている。
【０００３】また、最近、新しい酸化物超電導体が発見
され、研究が盛んに行われているが、この場合にも物質
の本性を明らかにするために単結晶の育成が望まれてお
り、浮遊帯域溶融装置を用いて一部の物質においては大
型の単結晶育成に成功してもいる。しかしながら、イッ
トリウム、およびビスマスを含む一連の酸化物超電導体
単結晶の育成は困難とされ、微小結晶は合成されている
ものの、本格的な物性測定に耐えられる程度の大型の単
結晶育成に関しては、いまだその成功例は無い。
され、研究が盛んに行われているが、この場合にも物質
の本性を明らかにするために単結晶の育成が望まれてお
り、浮遊帯域溶融装置を用いて一部の物質においては大
型の単結晶育成に成功してもいる。しかしながら、イッ
トリウム、およびビスマスを含む一連の酸化物超電導体
単結晶の育成は困難とされ、微小結晶は合成されている
ものの、本格的な物性測定に耐えられる程度の大型の単
結晶育成に関しては、いまだその成功例は無い。
【０００４】従来の赤外線集中加熱式浮遊帯域溶融装置
は、回転楕円面反射鏡を一個ないし二個（場合によって
は四個の例もある）使用し、これを用いてハロゲンラン
プもしくはキセノンランプの光を焦点位置に集め、高温
を得て単結晶育成等を行わせるものであり、回転楕円面
反射鏡を一個用いる場合には、回転楕円面反射鏡の二つ
の焦点の片方の位置にランプを設け、残りの焦点位置に
溶融されるべき試料が設けられるように設計されてい
る。二つの回転楕円面反射鏡を用いる場合にも基本的に
は一つの場合と同様に配置されるが、この場合には、二
つの回転楕円面反射鏡の長軸方向を同じ線上に配置し、
試料が設けられるべき焦点を一点に共有させることで、
二つのランプの光を同じ位置に集め、試料の溶融を行う
ように設計されている。
は、回転楕円面反射鏡を一個ないし二個（場合によって
は四個の例もある）使用し、これを用いてハロゲンラン
プもしくはキセノンランプの光を焦点位置に集め、高温
を得て単結晶育成等を行わせるものであり、回転楕円面
反射鏡を一個用いる場合には、回転楕円面反射鏡の二つ
の焦点の片方の位置にランプを設け、残りの焦点位置に
溶融されるべき試料が設けられるように設計されてい
る。二つの回転楕円面反射鏡を用いる場合にも基本的に
は一つの場合と同様に配置されるが、この場合には、二
つの回転楕円面反射鏡の長軸方向を同じ線上に配置し、
試料が設けられるべき焦点を一点に共有させることで、
二つのランプの光を同じ位置に集め、試料の溶融を行う
ように設計されている。
【０００５】以上のように設計された従来の浮遊帯域溶
融装置においては、比較的高い集光効率が達成でき、比
較的高温が容易に得られる利点があるため、多くの酸化
物系もしくは、金属間化合物の研究などに使用されてき
ている。しかしながら、上記の浮遊帯域溶融装置におい
ては、回転楕円面反射鏡を用いている関係上、理論的に
は試料の水平面内の温度分布は一定になるはずである
が、実際にはランプのフィラメントの形状効果、ランプ
そのものの形状効果などがあり、単結晶育成にとって最
も重要な水平面内の温度分布は一定にはならない。この
ため、回転を加えて温度分布の改善を図っているのが実
情である。そして、上記の酸化物超電導体などの場合の
ように、極めて厳密に制御された温度分布を必要とさせ
る系の場合などでは、この温度分布の不均一性によっ
て、たとえ回転を加えても、良質の大型単結晶を育成す
ることは極めて困難であるという欠点があった。
融装置においては、比較的高い集光効率が達成でき、比
較的高温が容易に得られる利点があるため、多くの酸化
物系もしくは、金属間化合物の研究などに使用されてき
ている。しかしながら、上記の浮遊帯域溶融装置におい
ては、回転楕円面反射鏡を用いている関係上、理論的に
は試料の水平面内の温度分布は一定になるはずである
が、実際にはランプのフィラメントの形状効果、ランプ
そのものの形状効果などがあり、単結晶育成にとって最
も重要な水平面内の温度分布は一定にはならない。この
ため、回転を加えて温度分布の改善を図っているのが実
情である。そして、上記の酸化物超電導体などの場合の
ように、極めて厳密に制御された温度分布を必要とさせ
る系の場合などでは、この温度分布の不均一性によっ
て、たとえ回転を加えても、良質の大型単結晶を育成す
ることは極めて困難であるという欠点があった。
【０００６】この発明は、以上のような従来の光学式浮
遊帯域溶融装置の問題点を解決しようとするものであっ
て、水平面内の温度分布を大幅に改善できる新しい光学
式浮遊帯域溶融装置を提供することを目的としている。
遊帯域溶融装置の問題点を解決しようとするものであっ
て、水平面内の温度分布を大幅に改善できる新しい光学
式浮遊帯域溶融装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、回転楕円面反射鏡の形状を変
え、水平面内の温度分布を改善できるようにしたもので
あって、内面を反射面とした回転楕円面反射鏡の一方の
焦点に赤外線ランプを設け、他方の焦点上に反射面から
反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線集中加
熱装置において、回転楕円面反射鏡が、その断面として
回転楕円面の形状を有し、かつ、全体はリング状となる
特殊形状からなることを特徴とする光学式浮遊帯域溶融
装置を提供するものである。
を解決するものとして、回転楕円面反射鏡の形状を変
え、水平面内の温度分布を改善できるようにしたもので
あって、内面を反射面とした回転楕円面反射鏡の一方の
焦点に赤外線ランプを設け、他方の焦点上に反射面から
反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線集中加
熱装置において、回転楕円面反射鏡が、その断面として
回転楕円面の形状を有し、かつ、全体はリング状となる
特殊形状からなることを特徴とする光学式浮遊帯域溶融
装置を提供するものである。
【０００８】また、この発明は、さらにその細部の構成
において改良を加えたものでもある。以下、添付した図
面に沿ってこの発明の装置をさらに詳しく説明する。
において改良を加えたものでもある。以下、添付した図
面に沿ってこの発明の装置をさらに詳しく説明する。
【０００９】
【実施例】図１および図２は、この発明による赤外線集
中加熱式浮遊帯域溶融装置の概念を示した正面図および
側面図であり、図３は、主要部の拡大図である。この図
１および図２において、１はハロゲンランプ、２は楕円
面反射鏡、３はランプの光が集中する点で、試料の溶融
部に当たる。４は原料棒、５は育成された結晶、６は試
料室を形成する透明石英管、７は原料棒支持部、８は育
成結晶支持部、９は原料棒支持シャフト駆動部、１０は
育成結晶支持シャフト駆動部、１１は、装置架台であ
る。この装置において、まず原料棒支持部に原料棒４
を、育成結晶支持部に種子結晶５をセットし、石英管６
をセットしてからランプ１を点灯し、上下の駆動部９，
１０によって、原料棒、種子棒に回転を与えながら、徐
々にランプへの印加電圧を上昇させ、原料棒４の先端部
を溶かす。原料棒４の先端が溶けたら、駆動装置９，１
０を動かして原料棒と種子棒とを接近させ両者を溶融部
を介して接合させる。溶融部は、その表面張力によって
落下しないように保持されている。ランプ印加電圧を調
節しながら上下の駆動部９，１０を用いて、原料棒、種
子棒を同じ速度でゆっくりと所定の速度で下方に移動さ
せると原料棒の溶解、種子棒上への結晶の育成が継続さ
れ、棒状単結晶の育成が行われる。
中加熱式浮遊帯域溶融装置の概念を示した正面図および
側面図であり、図３は、主要部の拡大図である。この図
１および図２において、１はハロゲンランプ、２は楕円
面反射鏡、３はランプの光が集中する点で、試料の溶融
部に当たる。４は原料棒、５は育成された結晶、６は試
料室を形成する透明石英管、７は原料棒支持部、８は育
成結晶支持部、９は原料棒支持シャフト駆動部、１０は
育成結晶支持シャフト駆動部、１１は、装置架台であ
る。この装置において、まず原料棒支持部に原料棒４
を、育成結晶支持部に種子結晶５をセットし、石英管６
をセットしてからランプ１を点灯し、上下の駆動部９，
１０によって、原料棒、種子棒に回転を与えながら、徐
々にランプへの印加電圧を上昇させ、原料棒４の先端部
を溶かす。原料棒４の先端が溶けたら、駆動装置９，１
０を動かして原料棒と種子棒とを接近させ両者を溶融部
を介して接合させる。溶融部は、その表面張力によって
落下しないように保持されている。ランプ印加電圧を調
節しながら上下の駆動部９，１０を用いて、原料棒、種
子棒を同じ速度でゆっくりと所定の速度で下方に移動さ
せると原料棒の溶解、種子棒上への結晶の育成が継続さ
れ、棒状単結晶の育成が行われる。
【００１０】この時、従来装置のように、水平面内の温
度分布が悪いと、いくら育成結晶駆動シャフト１０を回
転させても、温度の不均一な部分を通過するにつれて、
結晶は育成と溶解が交互に繰り返されることになり、良
質の単結晶は育成されない。しかしながら、この発明に
よれば、図３にも拡大して示したように、内面を反射面
とした回転楕円面反射鏡２の一方の焦点に赤外線ランプ
１を設け、他方の焦点上に溶融部３を設け、これに反射
面から反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線
集中加熱装置において、回転楕円面反射鏡２が、その断
面として回転楕円面形状を有し、かつ、全体はリング状
となる特殊形状としているため、水平面内の温度分布は
単結晶育成に関してほぼ理想的になっており、これによ
り、良質な単結晶が育成できる。
度分布が悪いと、いくら育成結晶駆動シャフト１０を回
転させても、温度の不均一な部分を通過するにつれて、
結晶は育成と溶解が交互に繰り返されることになり、良
質の単結晶は育成されない。しかしながら、この発明に
よれば、図３にも拡大して示したように、内面を反射面
とした回転楕円面反射鏡２の一方の焦点に赤外線ランプ
１を設け、他方の焦点上に溶融部３を設け、これに反射
面から反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線
集中加熱装置において、回転楕円面反射鏡２が、その断
面として回転楕円面形状を有し、かつ、全体はリング状
となる特殊形状としているため、水平面内の温度分布は
単結晶育成に関してほぼ理想的になっており、これによ
り、良質な単結晶が育成できる。
【００１１】さらに、この発明による新しい浮遊帯域溶
融装置の特徴の他の一つは、ハロゲンランプの集光効率
が格段に向上し、そのために被加熱物の温度勾配が急峻
となるために、大口径単結晶の育成にとって最も肝要で
あるとされる融液の落下が生じ難くなるという利点であ
る。従来の浮遊帯域溶融法は、形成された融液を試料自
身に保持させる方法であるから、融液の表面張力と融液
の比重の相関関係によって安定に保持できる融液の量は
制限されてしまい、大口径単結晶の育成には困難が伴う
欠点があった。しかしながら、この発明の装置を使用す
ることにより、従来よりもはるかに大口径の大型単結晶
が育成出来るようになる。生産用装置としての活用も広
がる。
融装置の特徴の他の一つは、ハロゲンランプの集光効率
が格段に向上し、そのために被加熱物の温度勾配が急峻
となるために、大口径単結晶の育成にとって最も肝要で
あるとされる融液の落下が生じ難くなるという利点であ
る。従来の浮遊帯域溶融法は、形成された融液を試料自
身に保持させる方法であるから、融液の表面張力と融液
の比重の相関関係によって安定に保持できる融液の量は
制限されてしまい、大口径単結晶の育成には困難が伴う
欠点があった。しかしながら、この発明の装置を使用す
ることにより、従来よりもはるかに大口径の大型単結晶
が育成出来るようになる。生産用装置としての活用も広
がる。
【００１２】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、良質の単結晶の育成と、大口径単結晶の育成が可能
となる。
り、良質の単結晶の育成と、大口径単結晶の育成が可能
となる。
【図１】この発明の一例を示した正面図である。
【図２】図１に対応する側面図である。
【図３】この発明の装置の要部拡大図である。
１ 赤外線ランプ ２ 楕円面反射鏡 ３ 溶融部 ４ 原料棒 ５ 種子結晶，育成結晶 ６ 透明石英管 ７，８ シャフト支持部 ９，１０ シャフト駆動部 １１ 装置架台
Claims (6)
- 【請求項１】 内面を反射面とした回転楕円面反射鏡の
一方の焦点に赤外線ランプを設け、他方の焦点上に反射
面から反射した輻射線を集中して加熱する方式の輻射線
集中加熱装置において、回転楕円面反射鏡が、その断面
として回転楕円面形状を有し、かつ、全体はリング状と
なる特殊形状からなることを特徴とする光学式浮遊帯域
溶融装置。 - 【請求項２】 回転楕円面反射鏡を上下二つに分割でき
る構造にしたことを特徴とする請求項１の浮遊帯域溶融
装置。 - 【請求項３】 水平面に置かれた回転楕円面反射鏡を縦
に３個以上に分割し、それぞれの回転楕円面反射鏡の分
割線の第二焦点を上下に移動できる機構を付加したこと
を特徴する請求項１の浮遊帯域溶融装置。 - 【請求項４】 使用するハロゲンランプのフィラメント
形状において、フィラメントを単線もしくはこれを螺旋
状に成形したものを使用することを特徴とする請求項１
の浮遊帯域溶融装置。 - 【請求項５】 回転楕円面反射鏡内部に冷却空気を導入
する機構を有することを特徴とする請求項１の浮遊帯域
溶融装置 - 【請求項６】 回転楕円面反射鏡内部に冷却空気を導入
する機構を有することを特徴とする請求項１の浮遊帯域
溶融装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34704091A JPH05178685A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 浮遊帯域溶融装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34704091A JPH05178685A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 浮遊帯域溶融装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05178685A true JPH05178685A (ja) | 1993-07-20 |
Family
ID=18387518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34704091A Pending JPH05178685A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 浮遊帯域溶融装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05178685A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005075713A1 (ja) * | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Nec Machinery Corporation | 単結晶育成装置 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP34704091A patent/JPH05178685A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005075713A1 (ja) * | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Nec Machinery Corporation | 単結晶育成装置 |
| JPWO2005075713A1 (ja) * | 2004-02-05 | 2008-01-10 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 単結晶育成装置 |
| JP4849597B2 (ja) * | 2004-02-05 | 2012-01-11 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 単結晶育成装置 |
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