JPH0751477B2 - Single crystal growth method - Google Patents
Single crystal growth methodInfo
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- JPH0751477B2 JPH0751477B2 JP61310376A JP31037686A JPH0751477B2 JP H0751477 B2 JPH0751477 B2 JP H0751477B2 JP 61310376 A JP61310376 A JP 61310376A JP 31037686 A JP31037686 A JP 31037686A JP H0751477 B2 JPH0751477 B2 JP H0751477B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カイロポーラス法のように融液の温度を下げ
ることにより融液の液面下で単結晶を育成する単結晶育
成方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single crystal growing method for growing a single crystal below the surface of a melt by lowering the temperature of the melt as in a cairoporous method.
(従来の技術) バルク単結晶育成方法としてはチョクラルスキー法が良
く知られている。(Prior Art) The Czochralski method is well known as a method for growing a bulk single crystal.
この育成方法で製造できる結晶は、合致熔融する物質、
すなわわち融液組成と同じ組成を以て結晶化する物質に
限られる。The crystals that can be produced by this growth method are
In other words, it is limited to substances that crystallize with the same composition as the melt composition.
第5図は合致熔融物質の相状態図である。FIG. 5 is a phase diagram of the conforming molten material.
融液組成に変化がないため、融点の変動もなく、常に同
じ温度にて結晶化が行われる。Since there is no change in the melt composition, there is no change in the melting point and crystallization is always performed at the same temperature.
このような材料をルツボに充填し、その結晶原料融液に
回転した種子結晶を浸した後、種子結晶を鉛直上方向に
引き上げて単結晶を育成するのがチョクラルスキー法で
ある。The Czochralski method is a method of filling a crucible with such a material, immersing the rotated seed crystal in the crystal raw material melt, and then pulling the seed crystal vertically upward to grow a single crystal.
一方、高温で他の組成の固相と液相に分解熔融するよう
な包晶反応物質すなわち融液組成と育成結晶とが異なる
組成を以て得られるという物質の結晶育成には、カイロ
ポーラス法が用いられる。第6図に包晶反応物質の相状
態図を示す。On the other hand, the cairoporous method is used for crystal growth of a peritectic reaction material that decomposes and melts into a solid phase and a liquid phase of another composition at high temperature, that is, a material in which the melt composition and the grown crystal are obtained with different compositions. To be FIG. 6 shows a phase diagram of the peritectic reactant.
このような物質では、結晶の折出にともなって、融液組
成が変化し、融点も変動する。In such a substance, the composition of the melt changes and the melting point also changes as the crystals break out.
カイロポーラス法で使用する装置は、チョクラルスキー
法で用いられる装置とほとんど同じで操作も共通する部
分が多い。The device used in the Cairo porous method is almost the same as the device used in the Czochralski method, and there are many parts in common with the operation.
チョクラルスキー法では結晶を引き上げていくがカイロ
ポーラス法では引き上げ速度が零、すなわち結晶を折出
させていく。In the Czochralski method, the crystal is pulled up, but in the cairoporous method, the pulling speed is zero, that is, the crystal is broken out.
チョクラルスキー法では融液の結晶化が融液面上の結晶
と融液の界面で行われるのに対してカイロポーラス法で
は、融液中の界面で行われる。In the Czochralski method, the crystallization of the melt is carried out at the interface between the crystal and the melt on the surface of the melt, whereas in the cairoporous method it is carried out at the interface in the melt.
結晶長をL、結晶径をDとした時、チョクラルスキー法
では、LとDの比率L/Dの大きい結晶が得られ、カイロ
ポーラス法ではL/Dの値は小さくなるのが特長である。When the crystal length is L and the crystal diameter is D, the Czochralski method produces a crystal with a large L / D ratio L / D, and the cairoporous method has a small L / D value. is there.
第7図にカイロポーラス法、チョクラルスキー法におけ
る、結晶成長の様子を示す。FIG. 7 shows the state of crystal growth in the Cairo porous method and the Czochralski method.
このカイロポーラス法においては、長時間、種子結晶が
融液に浸った状態が続くため、融液の温度変化による種
子結晶の融解や、急激な結晶化が起こり易い。In this cairoporous method, the seed crystals are kept immersed in the melt for a long time, so that melting of the seed crystals due to temperature change of the melt and rapid crystallization are likely to occur.
これらの現象を防ぐためには、熱的に安定かつ均一な結
晶育成炉による精度の良いルツボ内原料融液の温度コン
トロールが必要である。In order to prevent these phenomena, it is necessary to accurately control the temperature of the raw material melt in the crucible with a thermally stable and uniform crystal growing furnace.
カイロポーラス法において結晶が成長する場合、結晶化
は回転しながら融液に浸っている種子結晶の周囲にまと
わりつくように始まり、徐々に径を増大していく。When crystals grow in the cairoporous method, crystallization begins to cling around the seed crystal immersed in the melt while rotating, and the diameter gradually increases.
したがって、種子結晶に存在する、特に結晶表面に存在
する転移、および欠陥が成長していく結晶に伝搬されや
すく、品質の低下を引き起こしたり雑晶が生じ、多結晶
化してしまうことがある。チョクラルスキー法(引き上
げ法)においても、前述した単結晶を製造する場合と同
様の現象が発生する。しかしチョクラルスキー法では、
転移、欠陥等の少ない高品質単結晶を得るための方法と
してネッキングダウン操作が行われている。Therefore, the dislocations existing in the seed crystal, especially the crystal surface, and the defects are easily propagated to the growing crystal, which may cause deterioration of the quality or the formation of miscellaneous crystals, resulting in polycrystallization. Also in the Czochralski method (pulling method), the same phenomenon as in the case of producing the above-mentioned single crystal occurs. However, in the Czochralski method,
Necking down operation is performed as a method for obtaining a high quality single crystal with few dislocations and defects.
ネッキングダウン操作は、種子結晶を原料融液に種子漬
けし、しばらく融液によくなじませた後、垂直上方向に
種子結晶を引き上げる工程において、最初は、種子結晶
の直径から少しずつ細らせ、細長い頚部をつくる。Necking down operation is a step of soaking seed crystals in the raw material melt, allowing them to blend into the melt for a while, and then pulling the seed crystals vertically upward, at first, gradually diminishing the diameter of the seed crystals. , Make an elongated neck.
これにより、種子結晶に含まれる種々の欠陥、転移を除
去し、その後、温度を降下させ、再び径を太らせ、所望
のサイズの良質結晶を得る方法であり、チョクラルスキ
ー法による殆どの結晶育成において用いられている。This is a method of removing various defects and transitions contained in the seed crystal, and then lowering the temperature and increasing the diameter again to obtain a good-quality crystal of a desired size, and most of the crystals by the Czochralski method. Used in breeding.
第3図にチョクラルスキー法にネッキングダウン工程を
導入して製造した結晶では欠陥が除去されている状態を
原理的に図示してある。FIG. 3 shows, in principle, a state in which defects are removed in a crystal manufactured by introducing a necking down step into the Czochralski method.
結晶の品質向上を目的とするこのネッキングダウンは、
チョクラルスキー法においては、種子結晶を垂直上方向
に引き上げる操作があるため、容易に行うことができ
る。This necking down, aimed at improving the quality of crystals,
In the Czochralski method, there is an operation of pulling the seed crystal vertically upward, so that it can be easily performed.
(発明が解決しようとする問題点) カイロポーラス法による結晶育成にあたっても前記ネッ
キングダウンによる欠陥の除去ができれば、カイロポー
ラス法により、チョクラルスキー法による結晶製造に適
当でない結晶を製造することができる。(Problems to be Solved by the Invention) If the defects can be removed by the necking down even in the crystal growth by the cairoporous method, the cairoporous method can produce a crystal not suitable for the Czochralski method. .
しかし、これまで、引き上げ操作が伴わないか、または
極めて引き上げ速度が遅いカイロポーラス法において
は、ネッキングダウン操作の実行は困難であり、カイロ
ポーラス法においては、ネッキングダウンを行った例は
ない。However, it has been difficult to perform a necking-down operation in a cairoporous method that does not involve a pulling operation or has a very slow pulling speed, and there is no case in which a necking down is performed in a cairoporous method.
KNbO3単結晶は、非常に優れた非線形光学効果を呈し、
また強いレーザ光に対する光損傷も少ない。KNbO 3 single crystal exhibits very good nonlinear optical effect,
Also, there is little optical damage to strong laser light.
したがって、SHG(2次高調波発生)パラメトリック発
振等をはじめ、各種光変調、光偏向用材料として有望な
結晶である。Therefore, it is a promising crystal as a material for optical modulation and light deflection, including SHG (second harmonic generation) parametric oscillation.
結晶の大形化、高品質化の試みがなされ、多くの報告が
なされているが、KNbO3結晶特有の複雑な性質より、大
形良質結晶育成に成功したという報告はない。Although many attempts have been made to increase the crystal size and quality, many reports have been made, but due to the complex properties peculiar to KNbO 3 crystals, there has been no report that they have succeeded in growing large size and high quality crystals.
KNbO3結晶は融点1034℃で立方晶に結晶化、その後、室
温相に致るまでに、434℃で立方晶から正方晶に、さら
に232℃で正方晶から斜方向に構造相転移する。The crystal of KNbO 3 crystallizes into a cubic crystal at a melting point of 1034 ° C., and thereafter, a cubic phase-to-tetragonal structure transition occurs at 434 ° C. and a tetragonal to oblique structural phase transition at 232 ° C. before reaching the room temperature phase.
434℃の立方晶から正方晶への構造相転移点は常誘電体
から強誘電体へ変化するキュリー点でもある。The cubic-to-tetragonal structural phase transition point at 434 ° C is also the Curie point for changing from paraelectric to ferroelectric.
このように構造相転移するKNbO3結晶は転移点通過にあ
たって多くの双晶が発生する。また、多くの双晶の発生
に伴い、強誘電体結晶に特有な分域構造も様々な種類が
混在することになる。In the KNbO 3 crystal that undergoes the structural phase transition as described above, many twins are generated when passing through the transition point. Further, with the generation of many twin crystals, various types of domain structure peculiar to the ferroelectric crystal are mixed.
また、チョクラルスキー法で広く育成されているSi、Ga
As等の半導体結晶、およびLiNbO3、LiTaO3等の誘電体結
晶の殆どは通常円柱形に成長するが、KNbO3結晶は、育
成時の立方晶系に起因した{001}で囲まれた非常に特
徴的な正四角柱形に成長する。In addition, Si and Ga widely grown by the Czochralski method are used.
Most of semiconductor crystals such as As and dielectric crystals such as LiNbO 3 and LiTaO 3 usually grow in a cylindrical shape, but KNbO 3 crystals are surrounded by {001} due to the cubic system during growth. It grows into a regular square prism shape.
このため、室温での斜方晶を便宜上、偽立方晶系と名付
ける。Therefore, the orthorhombic system at room temperature is named as a pseudo cubic system for convenience.
このような複雑な性質を有するために、育成された結晶
は冷却中に上記双晶の他に多くの徴視的欠陥を発生す
る。さらに、クラック等の巨視的欠陥も生じ易く、良質
結晶育成の歩留りを悪くしている。Due to such a complicated property, the grown crystal develops many symptomatic defects in addition to the twin crystal during cooling. Further, macroscopic defects such as cracks are likely to occur, which deteriorates the yield of growing good crystals.
本発明の主たる目的は、カイロポーラス法のように融液
の温度を下げることにより融液の液面下で単結晶を育成
する単結晶育成方法による結晶育成にあたって、チョク
ラルスキー法において広く用いられているネッキングダ
ウン工程を実行し、高品質単結晶を製造することができ
る単結晶育成方法を提供することにある。The main object of the present invention is to broadly use the Czochralski method in crystal growth by a single crystal growth method of growing a single crystal below the surface of the melt by lowering the temperature of the melt as in the cairoporous method. Another object of the present invention is to provide a single crystal growth method capable of producing a high quality single crystal by executing the necking down step.
本発明のさらに他の目的は、良質なKNbO3単結晶を歩留
りよく育成するKNbO3単結晶育成方法を提供することに
ある。Still another object of the present invention is to provide a KNbO 3 single crystal growing method for growing a good-quality KNbO 3 single crystal with high yield.
(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために、本発明によるKNbO3またはK
TaxNb1−xO3(0≦x<1)単結晶の育成方法は、 単結晶材料を混合して融解し融点よりわずかに高い温度
に保持する融液製造工程と、 前記融液に種子結晶を回転接触させて種子漬けする種子
漬け工程と、 前記種子結晶を融液に接触させ馴染ませ、種子結晶を上
方に引き戻し、融液を冷却し頚部の最小径が種子結晶直
径の3/4以下になるようにし種子結晶より細い頚部を形
成するネッキングダウン工程と、 融液の温度を小さい降温速度で降温しながら連続または
段階的に小さい引き上げ速度で引き上げて結晶を成長さ
せる結晶成長工程と、 前記結晶を融液より切離し室温まで冷却する結晶成長工
程を含んで構成されている。(Means for Solving Problems) In order to achieve the above object, KNbO 3 or K according to the present invention is used.
A Ta x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x <1) single crystal growing method includes: a melt producing step of mixing and melting single crystal materials and maintaining the temperature slightly higher than the melting point; A seed soaking step of rotating seed crystals by contacting seed crystals, acclimatizing the seed crystals by bringing them into contact with the melt, pulling back the seed crystals upward, cooling the melt, and the minimum diameter of the neck is 3 / of the seed crystal diameter. A necking down step for forming a neck smaller than 4 seed crystals so as to be 4 or less, and a crystal growth step for growing crystals by continuously or stepwise pulling at a low pulling rate while lowering the temperature of the melt at a low cooling rate , A crystal growth step of separating the crystal from the melt and cooling to room temperature.
前記KNbO3単結晶の育成方法において、前記Nb2O5とK2CO
3の混合比はモル比でNb2O5:K2CO3=1:1〜1:1.5が好まし
い。In the method of growing the KNbO 3 single crystal, the Nb 2 O 5 and K 2 CO
The mixing ratio of 3 is preferably Nb 2 O 5 : K 2 CO 3 = 1: 1 to 1: 1.5 in molar ratio.
前記KNbO3単結晶の育成方法において、前記Nb2O5とK2CO
3の混合物体は酸素雰囲気または大気中で融点より20℃
以上高い温度で融解されることが好ましい。In the method of growing the KNbO 3 single crystal, the Nb 2 O 5 and K 2 CO
The mixed object of 3 is 20 ℃ from the melting point in oxygen atmosphere or air.
It is preferable that the above melting is performed at a high temperature.
前記KNbO3単結晶の育成方法の融液製造工程において一
旦融解された融液は種子付け前に、融点より数度高い温
度まで冷却されることが好ましい。It is preferable that the melt once melted in the melt producing step of the method for growing a KNbO 3 single crystal is cooled to a temperature several degrees higher than the melting point before seeding.
前記種子結晶は偽立方晶系〈001〉方向の種子結晶が好
ましい。The seed crystal is preferably a seed crystal in the pseudo cubic <001> direction.
前記種子漬け工程における種子結晶の回転速度は30〜60
回毎分であることが好ましい。The rotation speed of the seed crystal in the seed picking step is 30-60
It is preferably every minute.
前記結晶成長工程における降温速度は1.0℃毎時以下で
あることが好ましい。The temperature lowering rate in the crystal growth step is preferably 1.0 ° C./hour or less.
前記結晶冷却工程における構造転移点付近450〜400℃、
250〜200℃域での冷却速度は、2℃毎時以下であること
が好ましい。450 ~ 400 ℃ near the structural transition point in the crystal cooling step,
The cooling rate in the 250 to 200 ° C. range is preferably 2 ° C. or less per hour.
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明による結晶製造方法をさ
らに詳しく説明する。(Example) Hereinafter, the crystal production method according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
第4図に、K2O(K2CO3)−Nb2O3系相状態図を示す。In Figure 4, shows a K 2 O (K 2 CO 3 ) -Nb 2 O 3 based phase state diagram.
この相図より考察すると、Nb2O5含有率50〜60mol%の原
料融液では、温度を低下させると、K4Nb6O17組成の結晶
を析出しながら融液は液相線▲▼に沿って、Aから
Bに組成を変化させていく。したがって、この組成範囲
の原料融液では、KNbO3結晶は析出しない。Considering from this phase diagram, in the raw material melt with the Nb 2 O 5 content of 50 to 60 mol%, when the temperature is lowered, the melt has a liquidus line ▲ ▼ while precipitating crystals of K 4 Nb 6 O 17 composition. The composition is changed from A to B along the line. Therefore, KNbO 3 crystals do not precipitate in the raw material melt in this composition range.
一方、Nb2O5含有率35〜50mol%の原料融液では、温度の
低下に伴いKNbO3組成の結晶を析出しながら、融液は液
相線▲▼に沿ってBからCの組成が変化していく。On the other hand, in the raw material melt having a Nb 2 O 5 content of 35 to 50 mol%, crystals of KNbO 3 composition are precipitated as the temperature decreases, while the melt has a composition of B to C along the liquidus line ▼. Change.
以上より、KNbO3結晶を成長させるためには、K2O:Nb2O5
=1:1の組成よりK2Oリッチ側でカイロポーラス法による
結晶育成を行なう必要がある。From the above, in order to grow KNbO 3 crystal, K 2 O: Nb 2 O 5
It is necessary to grow crystals by the chiroporous method on the K 2 O rich side from the composition of = 1: 1.
この方法では、融液に種子漬け後、種子結晶を引き上げ
ることなく融液温度の降下をもって結晶を成長させるた
めに、種子結晶が長い時間融液に浸った状態が形成され
る。そこで、結晶育成炉の高性能温度管理が重要とな
る。In this method, the seed crystals are soaked in the melt for a long time in order to grow the crystals after the seed crystals are soaked in the melt and the temperature of the melt is lowered without pulling up the seed crystals. Therefore, high-performance temperature control of the crystal growth furnace is important.
この実施例では、ルツボが設置されている炉心部分の安
定性と均一性を改良し、水平垂直方向ともに十分ゆるや
かな温度勾配しか発生しないようにしてある。In this embodiment, the stability and uniformity of the core portion where the crucible is installed are improved so that only a gentle temperature gradient is generated in both the horizontal and vertical directions.
また炉心の温度を0.1℃毎時の精度で制御できるように
してある。The core temperature can be controlled with an accuracy of 0.1 ° C / hour.
第2図は、本発明方法でKNbO3単結晶を育成する際に使
用するルツボの温度分布を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the temperature distribution of the crucible used when growing a KNbO 3 single crystal by the method of the present invention.
同図(a)は、結晶育成炉ルツボ直上垂直方向温度勾配
を示す。FIG. 3A shows a temperature gradient in the vertical direction directly above the crucible of the crystal growth furnace.
同図(b)は、同じく結晶育成炉ルツボ上一定の距離に
おける水平方向の温度分布を示している。第2図(b)
に示されている曲線P1は融液面より上+2mmの温度分布
を示し、曲線P2は融液面より上+25mmの温度分布を示
し、曲線P3は同じく+49mmでの温度分布を示している。
使用した結晶育成炉ルツボが設置されている炉心部分の
温度勾配が水平方向、垂直方向ともに、10℃毎cm以内で
あり、温度コントロールも0.1℃毎時の精度で可能な安
定かつ均一なものである。The same figure (b) has shown the temperature distribution of the horizontal direction in the crystal growth furnace crucible at a fixed distance similarly. Fig. 2 (b)
The curve P 1 shows the temperature distribution above +2 mm above the melt surface, the curve P 2 shows the temperature distribution above +25 mm above the melt surface, and the curve P 3 also shows the temperature distribution above +49 mm. There is.
The temperature gradient of the core part where the used crystal growing furnace crucible is installed is within 10 ° C / cm in both horizontal and vertical directions, and the temperature control is stable and uniform with the accuracy of 0.1 ° C / hour. .
出発原料の5酸化ニオブと炭酸カリウムを、Nb2O5:K2CO
3=1:1〜1:1.5の割合に混合する。Starting materials niobium pentoxide and potassium carbonate were added to Nb 2 O 5 : K 2 CO
Mix at a ratio of 3 = 1: 1 to 1: 1.5.
不純物の混入を避けるため、仮焼工程をせずに、そのま
ま白金(Pt)ルツボへ充填する。To avoid mixing of impurities, the platinum (Pt) crucible is directly filled without performing the calcination process.
酸素雰囲気または大気中にて融点より、20℃以上高い温
度で加熱融解させる。Melt by heating at a temperature 20 ° C higher than the melting point in an oxygen atmosphere or air.
ルツボ内融液を対流による撹拌によって充分に均一にさ
せるため、この状態を数時間保持した後、融点(1034
℃)より3〜10℃程高い温度まで降温する。In order to make the melt in the crucible sufficiently uniform by agitation by convection, hold this state for several hours and then melt it (1034
℃) to about 3-10 ℃ higher temperature.
温度が安定したところで、結晶を毎分回転数30〜60で回
転させ種子漬けする。When the temperature becomes stable, the crystals are spun at a rotation speed of 30 to 60 per minute for seed pickling.
種子結晶方位は、偽立方晶系での〈001〉とする。The seed crystal orientation is <001> in the pseudo cubic system.
ニオブ酸カリウム結晶は、室温で斜方晶であるが、育成
時の立方晶系に起因す{001}面に囲まれた特異な正四
角柱形に結晶成長する。Although potassium niobate crystals are orthorhombic at room temperature, they grow into a unique square prism shape surrounded by {001} planes due to the cubic system during growth.
便宜上、この状態を偽立方晶と名付ける。For convenience, this state is named as pseudo cubic.
通常、種子漬けは、種子漬け後、直ちに結晶化が種子結
晶の周囲にまとわりつくよううに始まることもなく、種
子結晶が熔けることもないような、平衡状態になるよう
に、種子漬け操作が成される。Usually, seed pickling is carried out by a seed picking operation so that crystallization does not start immediately after seed pickling so that the crystallization clings around the seed crystal and the seed crystal does not melt. It
本発明では、さらにチョクラルスキー法で通常行われる
ネッキングダウン操作を実行する。In the present invention, the necking-down operation that is usually performed by the Czochralski method is executed.
第1図にネッキングダウン操作の2例を示してある。FIG. 1 shows two examples of necking down operation.
第1図(a)には、種子漬け後、種子結晶直径dが若干
熔け、熔けた後の結晶の直径(頚部直径)d′が d′<(3/4)d になるように種子漬け時の融液温度をコントロールする
例を示している。Fig. 1 (a) shows that after seed pickling, the seed crystal diameter d is slightly melted, and the diameter (neck diameter) d'of the crystal after melting is d '<(3/4) d The example which controls the melt temperature at the time is shown.
第1図(b)は、種子結晶全体は融解しないが、先端だ
け融解させ、融液の表面張力によって融液が種子結晶に
つながっているような状態にする例を示している。FIG. 1 (b) shows an example in which the entire seed crystal is not melted, but only the tip is melted so that the melt is connected to the seed crystal by the surface tension of the melt.
このいずれかの状態が維持されていることを確認したと
ころで、非常にゆっくり(例えば1.0℃毎時)降温して
いけば、細い頚部が形成され、さらに冷却を続ければ頚
部の形成後頚部下部で結晶径の拡大が始まる。After confirming that either of these conditions is maintained, if the temperature is lowered very slowly (for example, 1.0 ° C./hour), a thin neck will be formed, and if cooling is continued, crystal formation will occur in the lower neck after formation of the neck. The expansion of the diameter begins.
融液面上での結晶径の広がりと共に融液中へ結晶成長も
進行する。As the crystal diameter spreads on the melt surface, crystal growth also progresses into the melt.
基本的には引き上げ速度0で行うが、縦方向への成長を
促進させたい場合は、0〜0.5mm毎時の速度で定常的に
引き上げるが、一定時間毎に0〜3mmで段階的に引き上
げる。Basically, the pulling speed is 0, but if it is desired to promote the growth in the vertical direction, the pulling speed is 0 to 0.5 mm per hour at a constant rate, but the pulling rate is 0 to 3 mm at regular intervals.
冷却を続け、所望のサイズに結晶が成長したところで、
融液から切り離し、結晶化工程を終了し、室温までの冷
却に移る。Continue cooling, when the crystal grows to the desired size,
Separate from the melt, complete the crystallization process and proceed to cool to room temperature.
第3図に前記結晶化工程を終了した結晶の室温までの冷
却工程の例を示す。FIG. 3 shows an example of a cooling step of cooling the crystal after the crystallization step to room temperature.
図において、Tmpは融点、Trは室温、Tc−tは立方晶
正方晶相転移点、Tt−o…正方晶斜方晶相転移点を示
す。In the figure, Tmp is melting point, Tr is room temperature, Tc-t is cubic tetragonal phase transition point, Tt-o ... Tetragonal orthorhombic phase transition point.
冷却は、KNbO3結晶の構造相転移点近傍、立方晶→正
方晶434℃付近、450〜400℃と、正方晶→斜方晶232℃
付近、250℃〜200℃の2温度域で冷却速度を2℃毎時以
下と極めてゆっくり冷却し、他の温度域では10℃毎時以
下の冷却速度で室温まで冷却する。Cooling is near the structural phase transition point of KNbO 3 crystal, cubic → tetragonal 434 ℃, 450-400 ℃, tetragonal → orthorhombic 232 ℃
In the vicinity, the cooling rate is extremely slow at 2 ° C./hr or less in two temperature ranges of 250 ° C. to 200 ° C., and in other temperature regions, it is cooled to room temperature at 10 ° C./hr or less.
クラック、双晶等の種々欠陥は、構造相転移点通過時に
発生し易い。Various defects such as cracks and twins are likely to occur when passing through the structural phase transition point.
したがって、構造相転移点通過時の冷却速度は遅い程良
い。Therefore, the slower the cooling rate when passing through the structural phase transition point, the better.
前記実施例では、単結晶材料としてKNbO3について詳細
な説明を行った。In the above examples, KNbO 3 was described in detail as the single crystal material.
カイロポーラス法におけるネッキングダウン操作は、こ
の材料以外の材料にも利用される。The necking down operation in the Cairo porous method is also used for materials other than this material.
Taを添加したKTa1−xNbxO3(KTN)等、不純物として他
の原子を加えた固溶体や、別組成の固相と液相に分解熔
融する包晶反応物質等、非合致熔融物質全てについて適
用されるものである。Applicable to all non-conforming melted substances such as KTa 1 -xNbxO 3 (KTN) with Ta added, solid solution added with other atoms as impurities, and peritectic reaction substances that decompose and melt into solid phase and liquid phase of different composition It is what is done.
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明による単結晶育成方
法は、融液の温度を下げることにより単結晶を育成する
単結晶育成方法において、種子結晶をルツボ内原料融液
に漬ける種漬け工程後、一旦種子結晶より、細長い頚部
をつくるネッキングダウン操作を行いその後その頚部を
成長させて単結晶を育成するように構成されている。(Effects of the Invention) As described in detail above, the single crystal growth method according to the present invention is a single crystal growth method of growing a single crystal by lowering the temperature of the melt, in which the seed crystal is immersed in the raw material melt in the crucible. After the seed pickling step, a necking down operation is performed to make a narrow neck from the seed crystal, and then the neck is grown to grow a single crystal.
したがって、KNbO3やTaを添加したKTa1−xNbxO5(KTN)
等、不純物として他の原子を加えた固溶体や、別組成の
固相と液相に分解熔融する包晶反応物質等、非合致熔融
物質を材料とする結晶の育成にネッキングダウン操作を
導入することにより、良質な単結晶の育成が可能となっ
た。Therefore, KTa 1 −xNbxO 5 (KTN) with KNbO 3 and Ta added
Introducing a necking-down operation to grow crystals made of non-conforming melt materials, such as solid solutions with other atoms added as impurities, or peritectic reactants that decompose and melt into solid and liquid phases with different compositions. As a result, it became possible to grow a high quality single crystal.
また本発明によるKNbO3単結晶の育成方法は、Nb2O5とK2
CO3を混合して融解し融点よりわずかに高い温度まで冷
却する融液製造工程と、前記融液に種子結晶を回転して
種子漬けする種子漬け工程と、前記種子結晶を引き上げ
ることなくネッキングダウンを行い種子結晶より細い頚
部を形成するネッキングダウン工程と、融液の温度を小
さい降温速度で降温しながら連続または段階的に小さい
引き上げ速度で引き上げて結晶を成長させる結晶成長工
程と、前記結晶を融液より切り離し室温まで冷却する結
晶冷却工程から構成されている。The method for growing a KNbO 3 single crystal according to the present invention is based on Nb 2 O 5 and K 2
Melt production step of mixing and melting CO 3 and cooling to a temperature slightly higher than the melting point, seed soaking step of rotating seed crystals in the melt and soaking seeds, necking down without pulling up the seed crystals Necking down step to form a narrower neck than the seed crystal, a crystal growth step of growing crystals by pulling at a small pulling rate continuously or stepwise while lowering the temperature of the melt at a small cooling rate, and the crystal. It consists of a crystal cooling step of separating from the melt and cooling to room temperature.
この方法によれば、従来のカイロポーラス法にるKNbO3
結晶の育成における、雑晶が生じたり、一方向への成長
が優先的に進み、多結晶化によるクラックの発生、双晶
の発生、分域壁の存在等に原因する結晶品質の劣化を防
止できる。According to this method, KNbO 3 according to the conventional cairoporous method is used.
Prevents deterioration of crystal quality caused by cracks, twinning, and domain wall formation due to polycrystallization, which causes miscellaneous crystals and preferential growth in one direction during crystal growth. it can.
本発明方法によればネッキングダウン操作と、炉の温度
および操作速度の制御により雑晶等の発生による多結晶
化は防止することができ、良質なKNbO3結晶を歩留り良
く製造することが可能となった。According to the method of the present invention, necking down operation, and by controlling the temperature and operating speed of the furnace, it is possible to prevent polycrystallization due to the generation of miscellaneous crystals and the like, and it is possible to produce good quality KNbO 3 crystals with high yield. became.
第1図は、本発明による方法のネッキングダウン操作を
説明するための略略図であって、同図(a)は種子結晶
の一部が熔けた状態、同図(b)は種子結晶先端が熔け
ながらも表面張力と融液の粘性により頚部が形成される
状態を示している。 第2図は、本発明方法で使用するルツボの温度分布を示
すグラフであって、同図(a)は、結晶育成炉ルツボ直
上垂直方向温度勾配を示し、同図(b)は、同じく水平
方向温度分布を示している。第3図は、育成結晶の融液
から離脱後の冷却温度プログラム例を示すグラフであ
る。 第4図は、K2O(K2CO3)−Nb2O5系相状態図である。 第5図は、2元系合致熔融型相状態図の一般例を示す相
状態図である。 第6図は、2元系分解熔融(包晶反応)型相状態図の一
般例を示す相状態図である。 第7図は、(a)カイロポーラス法,(b)チョクラル
スキー法による結晶成長の原理図を説明するための略図
である。 第8図は、チョクラルスキー法によるネッキングダウン
による効果を説明するための略図である。 1……種子結晶、2……育成結晶 d……種子結晶直径、d′……結晶頚部直径FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a necking down operation of the method according to the present invention, in which FIG. 1 (a) shows a state in which a part of the seed crystal is melted, and FIG. It shows a state in which the neck is formed by the surface tension and the viscosity of the melt while melting. FIG. 2 is a graph showing the temperature distribution of the crucible used in the method of the present invention, where FIG. 2 (a) shows the temperature gradient in the vertical direction directly above the crucible of the crystal growth furnace, and FIG. The directional temperature distribution is shown. FIG. 3 is a graph showing an example of a cooling temperature program after the grown crystal is separated from the melt. FIG. 4 is a phase diagram of the K 2 O (K 2 CO 3 ) -Nb 2 O 5 system. FIG. 5 is a phase diagram showing a general example of a binary system conforming melting type phase diagram. FIG. 6 is a phase diagram showing a general example of a binary system decomposition melting (peritectic reaction) type phase diagram. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the principle diagram of crystal growth by the (a) cairoporous method and (b) Czochralski method. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the effect of necking down by the Czochralski method. 1 ... Seed crystal, 2 ... Growing crystal d ... Seed crystal diameter, d '... Crystal neck diameter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−158196(JP,A) 特公 昭47−5506(JP,B1) 特公 昭60−50760(JP,B2) 伊藤 糾次 外1名著 「結晶成長」 (昭51−12−15)コロナ社P.165−179 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 55-158196 (JP, A) JP 47-5506 (JP, B1) JP 60-50760 (JP, B2) Joji Ito 1 Masterpiece "Crystal Growth" (Sho 51-12-15) Corona P. 165-179
Claims (8)
かに高い温度に保持する融液製造工程と、 前記融液に種子結晶を回転接触させて種子漬けする種子
漬け工程と、 前記種子結晶を融液に接触させ馴染ませ、種子結晶を上
方に引き戻し、融液を冷却し頚部の最小径が種子結晶直
径の3/4以下になるようにし種子結晶より細い頚部を形
成するネッキングダウン工程と、 融液の温度を小さい降温速度で降温しながら連続または
段階的に小さい引き上げ速度で引き上げて結晶を成長さ
せるる結晶成長工程と、 前記結晶を融液より切離し室温まで冷却する結晶冷却工
程を含んで構成したKNbO3またはKTaxNb1−xO3(0≦
x<1)単結晶の育成方法。1. A melt producing step of mixing and melting single crystal materials and maintaining the temperature slightly higher than the melting point, a seed soaking step in which seed crystals are brought into rotary contact with the melt to soak the seeds, and the seeds Necking down step to form a neck narrower than the seed crystal so that the minimum diameter of the neck is 3/4 or less of the seed crystal diameter by cooling the melt and making the crystal contact with the melt A crystal growth step of growing crystals by pulling at a low pulling rate continuously or stepwise while lowering the temperature of the melt at a low cooling rate; and a crystal cooling step of separating the crystals from the melt and cooling them to room temperature. KNbO 3 or KTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦
x <1) A method for growing a single crystal.
はモル比でNb2O5:K2CO3=1:1〜1:1.5である特許請求の
範囲第1項記載の単結晶の育成方法。 2. The mixture ratio of Nb 2 O 5 and K 2 CO 3 in the single crystal material is Nb 2 O 5 : K 2 CO 3 = 1: 1 to 1: 1.5 in molar ratio. The method for growing a single crystal according to item 1.
または大気中で融点より20℃以上高い温度で融解される
特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育成方法。 3. The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the mixed body of Nb 2 O 5 and K 2 CO 3 is melted at a temperature higher than the melting point by 20 ° C. or more in an oxygen atmosphere or air. .
融液は種子付け前に、融点より数度高い温度まで冷却さ
れる特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育成方法。4. The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the melt once melted in the melt producing step is cooled to a temperature several degrees higher than the melting point before seeding.
種子結晶である特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育
成方法。5. The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the seed crystal is a seed crystal having a pseudo cubic <001> direction.
速度は30〜60回毎分である特許請求の範囲第1項記載の
単結晶の育成方法。6. The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the rotation speed of the seed crystal in the seed pickling step is 30 to 60 times per minute.
℃毎時以下である特許請求の範囲第1項記載の単結晶の
育成方法。7. The cooling rate in the crystal growth step is 1.0
The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the temperature is not higher than ° C per hour.
450〜400℃、250〜200℃域での冷却速度では、2℃毎時
以下である特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育成方
法。8. Near the structural transition point in the crystal cooling step
The method for growing a single crystal according to claim 1, wherein the cooling rate in the range of 450 to 400 ° C. and 250 to 200 ° C. is 2 ° C. or less per hour.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61310376A JPH0751477B2 (en) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | Single crystal growth method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61310376A JPH0751477B2 (en) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | Single crystal growth method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63162594A JPS63162594A (en) | 1988-07-06 |
JPH0751477B2 true JPH0751477B2 (en) | 1995-06-05 |
Family
ID=18004503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61310376A Expired - Fee Related JPH0751477B2 (en) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | Single crystal growth method |
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JP (1) | JPH0751477B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4146829B2 (en) * | 2004-11-18 | 2008-09-10 | 日本電信電話株式会社 | Crystal manufacturing equipment |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55158196A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-09 | Toshiba Corp | Manufacture of single crystal |
JPS6050760A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-20 | Toshiba Corp | Reproducing device of disk record |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61310376A patent/JPH0751477B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
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伊藤糾次外1名著「結晶成長」(昭51−12−15)コロナ社P.165−179 |
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Publication number | Publication date |
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JPS63162594A (en) | 1988-07-06 |
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