JPH09328400A - タンタル酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 ルツボ内のタンタル酸リチウム単結晶製
造用融液に種子結晶を接触させてタンタル酸リチウム単
結晶をチョクラルスキー法によって製造する方法におい
て、上記融液の原料として、平均粒子径が２０μｍ以下
の炭酸リチウム粉末と平均粒子径が２μｍ以下の５酸化
タンタル粉末との混合物を加熱処理して得られた平均粒
子径が１５μｍ以上の粒状物を使用することを特徴とす
るタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。 【効果】 本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造方
法によれば、単結晶引き上げにおいて歩留まりを向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法によるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法に関し、
特に弾性表面波素子に使用されるのに有効なタンタル酸
リチウム単結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】タンタ
ル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶はチ
ョクラルスキー法で製造することが一般的に行われてお
り、これは貴金属ルツボの回りを耐火物で囲み、ルツボ
又は耐火物の上にルツボ上部の温度勾配を適切に保つた
めの熱反射の機能を持たせた貴金属構造物を設置する構
造とすることが一般的に行われている。

【０００３】この場合の原料としては、特公昭６０−１
２３１９号及び特公昭５６−１９３２０号公報に示され
ているように （１）炭酸リチウムと５酸化タンタルとを所定の割合で
混ぜた混合物 （２）炭酸リチウムと５酸化タンタルを所定の割合で混
ぜた後、焼結したもの （３）タンタル酸リチウム単結晶塊 （４）特公昭６０−１２３１９号公報で開示されている
ような炭酸リチウムと５酸化タンタルとを所定の割合で
混ぜた後、プレスし、焼結した原料 （５）特公昭５６−１９３２０号公報で開示されている
ような炭酸リチウムと５酸化タンタルとを所定の割合で
混ぜた後、焼結し、プレスした原料 が用いられている。

【０００４】しかし、これら原料の内（２），（５）に
ついては、従来の焼結では焼結温度が低く、炭酸リチウ
ムと５酸化タンタルの反応が不十分なために未反応の５
酸化タンタル又は炭酸リチウムが分解した酸化リチウム
が原料中に含まれてしまう。また、（１）の原料につい
ては、加熱過程でこれらの物質が残存したり、生成した
りする。（４）の原料については、焼結温度は１５００
℃以上と高温であるが、加圧成形体を加熱するため、成
形体内部で未反応部分が残ってしまう。

【０００５】上記未反応の５酸化タンタル、酸化リチウ
ムなどは、原料が溶融した後も何らかの形で融液中に残
存すると考えられ、タンタル酸リチウム単結晶を育成す
るときに一種の“不純物”として振る舞うものと考えら
れる。

【０００６】従って、（１），（２），（４），（５）
の形態のものを原料として結晶を製造するときには、原
料中のこれら“不純物”の影響を受け易く、結晶歩留ま
りが悪いという現象が起きる傾向がある。

【０００７】これに対し、（３）の単結晶塊はコストが
高く、それのみを用いることは実用的ではない。

【０００８】なお、ここでの歩留まり低下の要因は結晶
成長後半部での局所的なクラックである。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
歩留まりがよく、しかも経済的なタンタル酸リチウム単
結晶の製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を行った結
果、ルツボ内のタンタル酸リチウム単結晶製造用融液に
種子結晶を接触させてチョクラルスキー法によりタンタ
ル酸リチウム単結晶を引き上げ、育成するに際し、上記
融液を得る原料として、平均粒子径が２０μｍ以下の炭
酸リチウム粉末と平均粒子径が２μｍ以下の５酸化タン
タル粉末との混合物を好ましくは１５００℃以上で加熱
処理することにより得られた平均粒子径１５μｍ以上の
粒状物を使用することにより、クラックが少なく、高品
質なタンタル酸リチウム単結晶が得られることを知見し
た。

【００１１】すなわち、本発明者らは、原料内に“不純
物”として振る舞う未反応分の５酸化タンタル及び酸化
リチウムが残留しないようにするために、原料の平均粒
子径と脱炭酸並びにタンタル酸リチウムへの反応性を実
験的に求めた結果、炭酸リチウム粉末と５酸化タンタル
粉末の粉末混合体のままで加熱処理を行い、原料の平均
粒子径が１５μｍ以上になればタンタル酸リチウムへの
反応並びに脱炭酸が十分に完了し、“不純物”として振
る舞う未反応分の５酸化タンタル及び酸化リチウムが原
料内に残存していないことを見出し、そのため、“不純
物”が残存しないこの原料を使用することで歩留まり改
善の効果が得られると共に、上記１５μｍ以上の粒状物
は上記加熱温度を１５００℃以上とすることにより確実
に得ることができることを見出し、本発明をなすに至っ
たものである。

【００１２】従って、本発明は、ルツボ内のタンタル酸
リチウム単結晶製造用融液に種子結晶を接触させてタン
タル酸リチウム単結晶をチョクラルスキー法によって製
造する方法において、上記融液の原料として、平均粒子
径が２０μｍ以下の炭酸リチウム粉末と平均粒子径が２
μｍ以下の５酸化タンタル粉末との混合物を好ましくは
１５００℃の温度で加熱処理して得られた平均粒子径が
１５μｍ以上の粒状物を使用することを特徴とするタン
タル酸リチウム単結晶の製造方法を提供する。

【００１３】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明によるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法
は、チョクラルスキー法の常法に従って、ルツボ内にタ
ンタル酸リチウム単結晶を製造するための原料を入れ、
これを溶融して融液を得ると共に、この融液に種子結晶
を接触して引き上げ、タンタル酸リチウムを得るもので
あるが、この場合、本発明においては、原料として炭酸
リチウム粉末と５酸化タンタル粉末との混合物をそのま
まで加熱して、得られた１５μｍ以上の粒状物を使用す
るものである。

【００１４】ここで、炭酸リチウム粉末としては、平均
粒子径２０μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍ、より
好ましくは１５〜２０μｍのものを使用し、５酸化タン
タル粉末としては、平均粒子径２μｍ以下、好ましくは
０．５〜２μｍ、更に好ましくは０．５〜１μｍのもの
を使用する。これらの粉末の平均粒子径が大きすぎるも
のは、本発明の目的にとって不適当である。

【００１５】また、上記炭酸リチウム粉末と５酸化タン
タル粉末とを混合する場合の混合比は、タンタル酸リチ
ウム単結晶を得るための公知の混合比であり、通常コン
グルエント組成近傍の組成となるように混合される。な
お、混合方法は特に制限されず、両粉末が非加圧下、非
焼結状態下で均一に混合されればよく、その混合状態は
これら粉末の自由流動状態を保持する。

【００１６】次に、上記粉末混合物は、そのまま加熱処
理し、平均粒子径１５μｍ以上の粒状物を原料として用
いるものである。この場合、上記混合物の加熱処理温度
は１５００℃以上、より好ましくは１５００〜１６００
℃、更に好ましくは１５５０〜１６００℃であることが
好ましく、これによって上述した未反応の５酸化タンタ
ルや酸化リチウムの残存することのない平均粒子径１５
μｍ以上の粒状原料が得られる。即ち、図１は、平均粒
子径１５μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒子径１μｍの
５酸化タンタル粉末との混合物〔Ｌｉ／Ｔａ＝０．９４
３（モル比）〕の加熱処理温度と得られた粒状物の平均
粒子径との関係を示すグラフであり、平均粒子径１５μ
ｍ以上の粒状物を得るための加熱温度は１５００℃以上
が好適であることがわかる。

【００１７】すなわち、図１に示されているように、平
均粒子径は加熱処理温度１５００℃以上になると急に大
径となる。これは、炭酸リチウムと５酸化タンタルとの
化学反応が進行してタンタル酸リチウムの結晶化がはじ
まるためであり、１５００℃付近から粒成長が活発にな
る。なお、１６００℃付近までは歩留まりもよく、結晶
径は大きくなるが、加熱温度が高くなりすぎると融解す
る。また、ここでいう平均粒子径は炭酸リチウムと５酸
化タンタルとの化学反応によって生じたタンタル酸リチ
ウムの大きさ（直径）である。

【００１８】本発明では特公昭６０−１２３１９号公報
で開示されているような加圧成形体を加熱処理するので
はなく、混合粉体のまま加熱処理するため酸化リチウム
及び炭酸ガスが原料内に残留するという欠点が解消され
る。なお、平均粒子径が１５μｍ未満の場合、原料内に
“不純物”として未反応５酸化タンタルや酸化リチウム
が残留している場合があり、単結晶の歩留まりを向上さ
せるという本発明の目的を達し得ない。

【００１９】上記加熱処理において、加熱処理時間は、
通常５時間以上、好ましくは９時間以上である。また、
加熱処理雰囲気は特に制限されず、通常空気中である。

【００２０】本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製造
方法は、その融液原料として上記粒状物を使用する以外
は公知のチョクラルスキー法の操作、条件に従ってタン
タル酸リチウム単結晶を引き上げ、育成することがで
き、得られた単結晶はクラックが少なく、高品質のもの
である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２２】なお、下記の例において、タンタル酸リチ
ウム単結晶の製造装置としては図２に示すものを使用し
た。すなわち、図２は該装置の縦断面図を示したもので
あるが、これはセラミックス製ルツボ台１の底部に設置
されているアルミナ台２の上に設置されたルツボ３を囲
む断熱材４の上に、耐火性アルミナ５を設置し、ルツボ
３又は耐火性アルミナ５の上にドーナツ板状のリフレク
ター６を取り付けると共に、このリフレクター６の上方
に円筒状のアフターヒータ７を取り付けたものであり、
これは加熱コイル８でルツボ３を誘導加熱して原料を融
解してこれを融液９とし、これに種子回転軸１０に取り
付けた種子結晶１１を浸漬し、これを引き上げて単結晶
１２を育成するものである。この場合、図２の装置にお
いては、更に上記アフターヒータ７の上端開放部を覆っ
て中央部及び中心から外れた位置との２箇所にそれぞれ
開口部１３ａ，１３ｂを形成した蓋１３を配設すると共
に、これら開口部１３ａ，１３ｂの周縁部に衝立部１４
ａ，１４ｂを突設し、また上記リフレクター６の上下に
それぞれ衝立部１５ａ，１５ｂを突設したものである。

【００２３】〔実施例、比較例〕直径１８０ｍｍφ、高
さ１８０ｍｍのイリジウム製ルツボに外径１８５ｍｍ
φ、内径１３０ｍｍφ、厚さ２ｍｍのドーナツ板状のイ
リジウム製リフレクターを配置し、更にこの上に直径１
８０ｍｍφ、高さ１８０ｍｍの円筒状のイリジウム製ア
フターヒータを配置し、その上に円盤状の中心部と中心
から外れた位置の両方に２箇所の開口部を持ったイリジ
ウム製の蓋を設置した。

【００２４】次に、平均粒子径１５μｍの炭酸リチウム
粉末と平均粒子径１μｍの５酸化タンタル粉末とをＬｉ
／Ｔａ＝０．９４３（モル比）になるように混合したも
のを表１に示す温度で１０時間加熱処理し、表１に示す
平均粒子径を有する粒状物を得た。なお、この平均粒子
径は光透過式沈降法による測定値である。

【００２５】上記粒状物のうち平均粒子径が１５．７μ
ｍのもの６５００ｇと結晶塊８５００ｇとの合計１５０
００ｇのうち最初に１２０００ｇをルツボ内に入れ、追
加チャージで残りの３０００ｇを入れ、溶融後、チョク
ラルスキー法によりＸ軸方位で４インチ径の重さ１０５
００ｇのタンタル酸リチウム単結晶を１本引き上げた結
果、結晶後半部に局所的なクラックは発生しなかった。

【００２６】更に、ルツボを変えて同様の実験を繰り返
したが、結果として結晶後半部に局所的なクラックは認
められなかった。

【００２７】次に、他の条件と同じとし、他の平均粒子
径を有する粒状物に代えて実験を継続したところ、表１
に示す結果が得られた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明のタンタル酸リチウム単結晶の製
造方法によれば、単結晶引き上げにおいて歩留まりを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭酸リチウムと５酸化タンタルとの粉末混合物
を加熱処理した場合における加熱温度と粒状物の平均粒
子径との関係を示すグラフである。

【図２】本発明の実施に用いる装置の一例を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１ 耐火性ルツボ台 ２ アルミナ台 ３ ルツボ ４ 断熱材 ５ 耐火性アルミナ ６ リフレクター ７ アフターヒータ ８ 加熱コイル ９ 融液 １０ 種子回転軸 １１ 種子結晶 １２ 育成結晶 １３ 蓋 １３ａ，１３ｂ 開口部 １４ａ，１４ｂ 衝立部 １５ａ，１５ｂ 衝立部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ルツボ内のタンタル酸リチウム単結晶製
   造用融液に種子結晶を接触させてタンタル酸リチウム単
   結晶をチョクラルスキー法によって製造する方法におい
   て、上記融液の原料として、平均粒子径が２０μｍ以下
   の炭酸リチウム粉末と平均粒子径が２μｍ以下の５酸化
   タンタル粉末との混合物を加熱処理して得られた平均粒
   子径が１５μｍ以上の粒状物を使用することを特徴とす
   るタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 上記加熱処理の温度が１５００℃以上で
   ある請求項１記載の製造方法。