JPS5854115B2 - タンケツシヨウセイチヨウホウ - Google Patents
タンケツシヨウセイチヨウホウInfo
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- JPS5854115B2 JPS5854115B2 JP49107081A JP10708174A JPS5854115B2 JP S5854115 B2 JPS5854115 B2 JP S5854115B2 JP 49107081 A JP49107081 A JP 49107081A JP 10708174 A JP10708174 A JP 10708174A JP S5854115 B2 JPS5854115 B2 JP S5854115B2
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- heat exchanger
- furnace
- melting point
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
-
- 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
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
-
- 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
- C30B17/00—Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method
-
- 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
- C30B27/00—Single-crystal growth under a protective fluid
-
- 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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/20—Aluminium oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0056—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for ovens or furnaces
- F28D2021/0057—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for ovens or furnaces for melting materials
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は結晶成長法に関する。
本発明の第1の目的は、従来技術で可能であったよりは
るかに大きな寸法の高品質単結晶を成長させる方法を提
供することである。
るかに大きな寸法の高品質単結晶を成長させる方法を提
供することである。
他の目的としては、セラミック、金属、あるいは複合材
料(例えばサファイヤ、ルビー、スピネル、共晶体等)
の単結晶の成長法であって、対流あるいは他の渦流、ガ
ス気泡、構造上の過冷却、高い不純物濃度そして大きい
温度勾配によって通常もたらされる諸問題が実質上無く
なる単結晶成長法を提供することが含まれる。
料(例えばサファイヤ、ルビー、スピネル、共晶体等)
の単結晶の成長法であって、対流あるいは他の渦流、ガ
ス気泡、構造上の過冷却、高い不純物濃度そして大きい
温度勾配によって通常もたらされる諸問題が実質上無く
なる単結晶成長法を提供することが含まれる。
本発明は、ルツボに材料を装入し、該材料の融点以上に
ルツボを加熱し、次いでルツボの底部中心部から熱を奪
い密融材料を凝固させる工程から成る単結晶成長法にお
いて、ルツボ側壁部の塩度を、ルツボ内の実質上すべて
の材料が凝固してしまうまで、該材料の融点以上の塩度
に維持することを特徴とする改良である。
ルツボを加熱し、次いでルツボの底部中心部から熱を奪
い密融材料を凝固させる工程から成る単結晶成長法にお
いて、ルツボ側壁部の塩度を、ルツボ内の実質上すべて
の材料が凝固してしまうまで、該材料の融点以上の塩度
に維持することを特徴とする改良である。
ルツボの底部に取り付けられた冷却ガス熱交換器によっ
て熱を奪い、ルツボの直径を上記熱交換器の直径の少な
くとも2倍とし、モしてルツボの高さをその半径以上と
した好適方法にあっては、本発明は、熱交換器の頂部領
域より小さくはない種結晶をルツボ内に置くとともに、
上記熱交換器の上に位置を決め、該熱交換器内に列却ガ
スを流がし始めると共に該材料の融点より約50℃以上
高い湿度にルツボ側壁部を過熱して融体に接種(5ee
d )を行ないJレツボ側壁の過熱塩度を維持しなから
熱交換器への冷却ガスの流れを増加させて浴融材料の1
部を凝固−させ、次いで毎時約15℃以下の速度でルツ
ボ側壁の温度を該材料の融点までの塩度に除々に下げ、
その間熱交換器の温度が毎時100℃までの速度で冷却
ガスの流れを続けて増大させて溶融材料の残りの部分の
実質上すべてを凝固させ、次いで該凝固材料の焼きなま
しをするに必要な程度にルツボ温度および熱交換器塩度
を調節することを特徴とする。
て熱を奪い、ルツボの直径を上記熱交換器の直径の少な
くとも2倍とし、モしてルツボの高さをその半径以上と
した好適方法にあっては、本発明は、熱交換器の頂部領
域より小さくはない種結晶をルツボ内に置くとともに、
上記熱交換器の上に位置を決め、該熱交換器内に列却ガ
スを流がし始めると共に該材料の融点より約50℃以上
高い湿度にルツボ側壁部を過熱して融体に接種(5ee
d )を行ないJレツボ側壁の過熱塩度を維持しなから
熱交換器への冷却ガスの流れを増加させて浴融材料の1
部を凝固−させ、次いで毎時約15℃以下の速度でルツ
ボ側壁の温度を該材料の融点までの塩度に除々に下げ、
その間熱交換器の温度が毎時100℃までの速度で冷却
ガスの流れを続けて増大させて溶融材料の残りの部分の
実質上すべてを凝固させ、次いで該凝固材料の焼きなま
しをするに必要な程度にルツボ温度および熱交換器塩度
を調節することを特徴とする。
その他の目的、特徴および利益は、添付図面を参照した
本発明の好適実施例についての以下の説明から、明らか
になろう。
本発明の好適実施例についての以下の説明から、明らか
になろう。
ここに添付図面についてさらに詳述すると、第1図では
真空炉(黒鉛抵抗炉)10が真空ポンプ12に接続して
いる。
真空炉(黒鉛抵抗炉)10が真空ポンプ12に接続して
いる。
この炉はマサチュセツツ州WoburnのAdvanc
ed Vacuum Systems社製であった。
ed Vacuum Systems社製であった。
炉10内には二重壁加熱室(全体を符合14で表わす)
が設けられている。
が設けられている。
図示するように、加熱室14の外壁部(周囲壁、頂部お
よび底部)はステンレス製であって、真空炉10の隣接
壁から離れて設けられている。
よび底部)はステンレス製であって、真空炉10の隣接
壁から離れて設けられている。
加熱室14は、炉10の円筒状壁11から内側に突き出
ていて室14の底部15の外側リムと係合している環状
フランジ部16によって真空炉内に支持されている。
ていて室14の底部15の外側リムと係合している環状
フランジ部16によって真空炉内に支持されている。
加熱室14の内壁部は円筒状の黒鉛スリーブ18、頂部
蓋20および底板22から形成されている。
蓋20および底板22から形成されている。
内側壁と外側壁との間の空間には黒鉛フェルト断熱材2
4が充填されている。
4が充填されている。
加熱室の内部への出入りが出来るように、真空炉10の
頂部13および加熱室14の頂部17(黒鉛頂部板21
、ステンレス鋼頂部板19およびこれら2つの頂部板の
間の断熱材24を含めて)は取外すことができるように
なっている。
頂部13および加熱室14の頂部17(黒鉛頂部板21
、ステンレス鋼頂部板19およびこれら2つの頂部板の
間の断熱材24を含めて)は取外すことができるように
なっている。
円筒状の抵抗加熱体26は加熱室14内部の円筒状空間
部28内に設けられている。
部28内に設けられている。
該加熱体の電力供給制御用リード30は加熱室14およ
び炉10のそれぞれの周壁内を通っている。
び炉10のそれぞれの周壁内を通っている。
ヘリウムで冷却したタングステン/モリブデン熱交換器
32は炉10の底部に取付けられており、炉内に突出て
いて、加熱室14の底部を通って空間28にまで伸びて
いる黒鉛スリーブ33内を通っている。
32は炉10の底部に取付けられており、炉内に突出て
いて、加熱室14の底部を通って空間28にまで伸びて
いる黒鉛スリーブ33内を通っている。
米国特許第3653432号により一層明確に示されて
いるように、熱交換器32は、炉10の底部の外側に取
り付けられたベースセグメント34、およびベースセグ
メント34から空間部28に伸びている中空の円筒状ロ
ンドセグメント36を含むものである。
いるように、熱交換器32は、炉10の底部の外側に取
り付けられたベースセグメント34、およびベースセグ
メント34から空間部28に伸びている中空の円筒状ロ
ンドセグメント36を含むものである。
ロンドセグメント36の頂部38は平担である。
タングステン製の導入管40および熱電対44は熱交換
器32の内部をロッドセグメント36内を通ってベース
セグメント部34から隣接頂部38に伸びている。
器32の内部をロッドセグメント36内を通ってベース
セグメント部34から隣接頂部38に伸びている。
出口管42はベースセグメント部34に設けられた出口
孔(ロンド36の内部と連絡している)から伸びている
。
孔(ロンド36の内部と連絡している)から伸びている
。
出口管42および入口管40は共にヘリウム源45に連
絡している。
絡している。
ヘリウム源45からのヘリウムは、所望により、再循環
させても、あるいは大気中に放出してもいずれでも良い
。
させても、あるいは大気中に放出してもいずれでも良い
。
ロンドセグメント36の寸法は結晶化すべき特定の物質
にある程度依存して定まる。
にある程度依存して定まる。
非較的小さな熱伝導性および拡散性を有するセラミック
物質(例えばサファイヤ)に対しては、ロンドセグメン
ト36および頂部38の全体の直径は代表的には約19
mm(3/4インチ)である。
物質(例えばサファイヤ)に対しては、ロンドセグメン
ト36および頂部38の全体の直径は代表的には約19
mm(3/4インチ)である。
金属の場合(熱伝導性および拡散性がより大きい)、代
表的にはより小さな熱交換器を使い、熱吸収速度を小さ
くすることができる。
表的にはより小さな熱交換器を使い、熱吸収速度を小さ
くすることができる。
あるいは、熱交換器の頂部とルツボ底部との間に絶縁を
施し、または加熱帯域中での熱交換器の位置を高くして
も良い。
施し、または加熱帯域中での熱交換器の位置を高くして
も良い。
これら後者の手段はいずれも、ヘリウムの流れ速度を特
定した場合、熱の吸収速度を小さくすることになる。
定した場合、熱の吸収速度を小さくすることになる。
第2図に最もはっきり示すように、その内部で結晶が成
長する耐火性ルツボ48は、加熱室空間部分14の内部
にあって、熱交換器32の頂部38によって、また厚さ
2.54Crn(1インチ)、直径約19CrrL(7
1インチ)の黒鉛支持板54の上側表面にあって、半径
方向に伸びた溝部52に垂直に取り付けられている8つ
のタングステン板50によって、支持されている。
長する耐火性ルツボ48は、加熱室空間部分14の内部
にあって、熱交換器32の頂部38によって、また厚さ
2.54Crn(1インチ)、直径約19CrrL(7
1インチ)の黒鉛支持板54の上側表面にあって、半径
方向に伸びた溝部52に垂直に取り付けられている8つ
のタングステン板50によって、支持されている。
支持板54は底部板22上に係止している。
支持板54の溝部52は45度の規則正しい間隔で設け
られている。
られている。
各タングステン板50は、長さが約1インチ、高さが3
/4インチそして厚さが0.040インチであり、ルツ
ボ48の底部の外側の環状部分と係合している。
/4インチそして厚さが0.040インチであり、ルツ
ボ48の底部の外側の環状部分と係合している。
熱交換器のロンドセグメント36は支持板54の中心部
の孔55内を伸びており、該ロンドセグメントの平担な
頂部38はルツボ48の底部49の中心部と係合してい
る。
の孔55内を伸びており、該ロンドセグメントの平担な
頂部38はルツボ48の底部49の中心部と係合してい
る。
ルツボ48は結晶化する物質に対し化学的に不活性な材
料から作られる。
料から作られる。
代表的には、該ルツボは、耐火材料(モリブデン、タン
グステン、イリジウムあるいはレニウム)、高純度黒鉛
、あるいは石英からできている。
グステン、イリジウムあるいはレニウム)、高純度黒鉛
、あるいは石英からできている。
ルツボ全体の直径は、熱交換器の頂部38の直径より大
きなものでなければならない(一般には少なくとも2倍
)。
きなものでなければならない(一般には少なくとも2倍
)。
また、その高さは半径に等しいかあるいはそれより大き
なものでなければならない。
なものでなければならない。
代表的には、ルツボ直径は熱交換器頂部の直径よりかな
り大きなものとなり(例えば、約8倍)、そしてその高
さはその直径とはマ等しいものとなる。
り大きなものとなり(例えば、約8倍)、そしてその高
さはその直径とはマ等しいものとなる。
ルツボ48はその全体の直径が16.5CIrL(6’
/2インチ)であり、その全体の高さは15.2crr
L(6インチ)である。
/2インチ)であり、その全体の高さは15.2crr
L(6インチ)である。
ルツボは代表的には円板状の材料を施盤で回転させて形
成する。
成する。
したがって、底部の厚みは側面部の厚みより大きい。
ルツボ底部49の厚みは1.0mm(0,040インチ
)であり、円筒状壁56の厚みは約0.8mm(0,0
30インチ)である。
)であり、円筒状壁56の厚みは約0.8mm(0,0
30インチ)である。
円筒状壁からルツボ底部への熱の流れを少なくするため
には、薄壁の環状部分58(厚み0.5 mm(0,0
20インチ))をルツボ底部から約9.5mm(3/’
8インチ)のところに設ける。
には、薄壁の環状部分58(厚み0.5 mm(0,0
20インチ))をルツボ底部から約9.5mm(3/’
8インチ)のところに設ける。
ルツボの頂部は、中心に直径2.54CrrL(1イン
チ)ののぞき穴62を設けた、ルツボ48と同じ材料か
ら作った蓋板60で覆われている。
チ)ののぞき穴62を設けた、ルツボ48と同じ材料か
ら作った蓋板60で覆われている。
のぞき穴64.66はそれぞれ炉10の頂部13および
加熱室14の頂部17を通って伸びており、ルツボ蓋板
60ののぞき穴62と同軸に配置されている。
加熱室14の頂部17を通って伸びており、ルツボ蓋板
60ののぞき穴62と同軸に配置されている。
頂部13を通るのぞき穴64は、もちろん、真空密にな
っており、レンズ機構68によって構成される。
っており、レンズ機構68によって構成される。
加熱室の頂部17を通るのぞき穴66は加熱室の頂部1
7の二重壁19.20の間を伸びている円筒状の黒鉛製
スリーブによって区画されている。
7の二重壁19.20の間を伸びている円筒状の黒鉛製
スリーブによって区画されている。
全体をそれぞれ70および12で示されている他の2つ
ののぞき穴機構によって、加熱体26およびルツボ48
の垂直側壁56の湿度が結晶成長期間中監視できる。
ののぞき穴機構によって、加熱体26およびルツボ48
の垂直側壁56の湿度が結晶成長期間中監視できる。
各機構には3つの同軸に置かれたのぞき穴があり、1番
目のものはそれぞれ符号74.76で示され、炉10の
円筒状縁部において真空密のレンズ機構によって形成さ
れ、炉10の縁壁11内を伸びている。
目のものはそれぞれ符号74.76で示され、炉10の
円筒状縁部において真空密のレンズ機構によって形成さ
れ、炉10の縁壁11内を伸びている。
第2番目のものは、それぞれ符合78.80で示され、
加熱室14の円筒状二重壁内を伸びている黒鉛製スリー
ブによって形成されている。
加熱室14の円筒状二重壁内を伸びている黒鉛製スリー
ブによって形成されている。
第3番目のものは、それぞれ符合82.84で示され、
加熱体26内を伸びている。
加熱体26内を伸びている。
のぞき穴機構70,72の外側の一端にはそれぞれ近接
してパイロメータ71J3が取り付けられている。
してパイロメータ71J3が取り付けられている。
図示するように、のぞき穴機構70は、パイロメータ7
1が、ルツボ48の頂部の真上の加熱体26の垂直壁の
内側表面を見るような位置にある。
1が、ルツボ48の頂部の真上の加熱体26の垂直壁の
内側表面を見るような位置にある。
のぞき穴機構72は上記機構70の下方にあり、そのた
め、底部49の上方的12.7mm(172インチ)モ
して薄壁部58の真上においてルツボ48の側壁56を
見ることができる。
め、底部49の上方的12.7mm(172インチ)モ
して薄壁部58の真上においてルツボ48の側壁56を
見ることができる。
パイロメータ71または73、および熱電対44は制御
器85に接続されている。
器85に接続されている。
制御器85の一方の出力側は加熱体26の電源86に接
続されている。
続されている。
第2の出力側はヘリウム源45に接続されている。
制御器85はパイロメータγ1および73によって検出
された湿度に応答し、加熱体26およびルツボ48の湿
度を適当な水準に維持するに必要な、加熱源86から供
給される電力を変化させる。
された湿度に応答し、加熱体26およびルツボ48の湿
度を適当な水準に維持するに必要な、加熱源86から供
給される電力を変化させる。
そして、さらに、熱電対44によって検出される湿度に
応答してヘリウム源45からの必要とされる流れを変化
させて熱交換器頂部38の湿度を変化させる。
応答してヘリウム源45からの必要とされる流れを変化
させて熱交換器頂部38の湿度を変化させる。
実施に当っては、ルツボ48をまず、例えば硝酸および
クロロツクス(chlorox )でもって洗浄し、不
純物を除去する。
クロロツクス(chlorox )でもって洗浄し、不
純物を除去する。
なお、「クロロツクス」とは次亜塩素酸ソーダまたは次
亜塩素酸カルシウムおよび炭酸塩を主成分とする液体の
塩素漂白剤につけられた米国の登録商標である。
亜塩素酸カルシウムおよび炭酸塩を主成分とする液体の
塩素漂白剤につけられた米国の登録商標である。
種結晶を使用するような成長法にあっては、熱交換器3
2の頂部38の直径よりも全体の直径がわずかに大きい
、第3a図に破線で示す種結晶100をルツボ底部49
の中心部に置く。
2の頂部38の直径よりも全体の直径がわずかに大きい
、第3a図に破線で示す種結晶100をルツボ底部49
の中心部に置く。
このルツボは次いで溶融されるべき物質の小片で満たす
。
。
種結晶を使用する場合には、この小片のいくつかの小片
を結晶の周囲にしっかりと配置させ、その位置に固定す
る。
を結晶の周囲にしっかりと配置させ、その位置に固定す
る。
最大量を装入するためには、それらの小片をすべて1つ
づつ炉内に置き、それらをできるだけ密着させる。
づつ炉内に置き、それらをできるだけ密着させる。
装填したルツボは、次いで、ルツボ底部49を熱交換器
の頂部38に当てかうようにして加熱室14に入れる。
の頂部38に当てかうようにして加熱室14に入れる。
該熱交換器の高さ、すなわち、熱交換器が加熱室へ突き
出ている距離は、実験によって決定される。
出ている距離は、実験によって決定される。
熱交換器は、ルツボ側壁を収容物質の融点以上(通常は
50℃)に過熱する場合に、熱交換器を通るヘリウムの
比較的小さな流速(代表的には約1.13m”/h(4
o C、f、 h ))の速度のため種結晶の溶融が防
止されるような位置に配置される。
50℃)に過熱する場合に、熱交換器を通るヘリウムの
比較的小さな流速(代表的には約1.13m”/h(4
o C、f、 h ))の速度のため種結晶の溶融が防
止されるような位置に配置される。
図面に示すように、種結晶は熱交換器頂部38の各側面
かられずかに張り出している。
かられずかに張り出している。
支持板54には溝部52が設けられていて、その深さは
、ルツボを冷却した場合、タングステン板50の頂部が
ルツボ底部よりわずかに下にくるような程度である。
、ルツボを冷却した場合、タングステン板50の頂部が
ルツボ底部よりわずかに下にくるような程度である。
ルツボの温度を上昇させると、ルツボはわずかにたるみ
、その底部49が板50につくようになる。
、その底部49が板50につくようになる。
蓋板60はのぞき穴62をルツボおよび熱交換器と同軸
に配列させなからルツボのうえに置き、加熱室14およ
び炉10の頂部17,13を元の位置にもどす。
に配列させなからルツボのうえに置き、加熱室14およ
び炉10の頂部17,13を元の位置にもどす。
次いで、真空ポンプ12を始動させ、炉を約0.1To
rrの圧力にまで排気する。
rrの圧力にまで排気する。
注意すべきことは、後に述べる成長法にあっては、炉の
圧力が高められることである。
圧力が高められることである。
炉圧力が所望水準に達してから、熱源86を付勢する。
加熱体26に供給される電力は徐々に増加し、そのため
代表的には、加熱室内の温度は毎時約250℃を越えな
い速度で上昇する。
代表的には、加熱室内の温度は毎時約250℃を越えな
い速度で上昇する。
加熱体に与えられる電力は、のぞき穴62,64,66
から見て、ルツボ内の物質が溶融しはじめるまで、増加
させられる。
から見て、ルツボ内の物質が溶融しはじめるまで、増加
させられる。
最初に融解する物質は、ルツボの円筒状外壁に近接した
部分の小片である。
部分の小片である。
そのような小片の融解が観察されると直ちに、それぞれ
パイロメータ71および73、および熱電対44によっ
て示されるように、加熱体26の温度(TF)、ルツボ
側壁56の温度(Tw)、および熱交換器36の温度(
THE)を測定して記録する。
パイロメータ71および73、および熱電対44によっ
て示されるように、加熱体26の温度(TF)、ルツボ
側壁56の温度(Tw)、および熱交換器36の温度(
THE)を測定して記録する。
特定の物質が融解する実際の湿度は変化しないものであ
るが、異なった別の装置によって表示される融点(Tm
p)はルツボと熱電対との接触、1つののぞき孔をもっ
た組立体の寸法および長さ、窓の清浄度等によって多少
変化することがある。
るが、異なった別の装置によって表示される融点(Tm
p)はルツボと熱電対との接触、1つののぞき孔をもっ
た組立体の寸法および長さ、窓の清浄度等によって多少
変化することがある。
プロセスを正確に制御するには、それらの器具の目盛り
を調べて調整することが重要である。
を調べて調整することが重要である。
種結晶を使用するときは、種結晶が融解してしまわない
ようにすることが重要である。
ようにすることが重要である。
したがって、ルツボ36内の小片の融解が開始すると直
ちに、ヘリウム源45を始動させて、室部ヘリウムの前
述の初期流れ、代表的には約1.13 m3/ h(4
0c、f、h )の流れ速度で流がす。
ちに、ヘリウム源45を始動させて、室部ヘリウムの前
述の初期流れ、代表的には約1.13 m3/ h(4
0c、f、h )の流れ速度で流がす。
電源86から加熱体26に与えられる電力量は、初期融
点よりも代表的には約50℃高い温度にルツボ側壁を過
熱するまでさらに増加する。
点よりも代表的には約50℃高い温度にルツボ側壁を過
熱するまでさらに増加する。
次いで電力入力量は炉内のすべての湿度が安定するまで
一定に保持される。
一定に保持される。
この段階にあって、条件は第3a図に実質上示す通りで
ある。
ある。
加熱体の流度TFおよびルツボ側壁の温度Twは実質上
等しく、ルツボ内の物質の融点より高い(代表的には約
50℃高い)。
等しく、ルツボ内の物質の融点より高い(代表的には約
50℃高い)。
ルツボ内の物質は種結晶100を除いて溶融し、液体1
02となる。
02となる。
この液体は種結晶100の縁辺を(図中実線で示す範囲
まで)溶解させ、核発生を促進させるが、熱交換器上の
種結晶の大部分の溶解は熱交換器32を通るヘリウムガ
スの流れによって防止される。
まで)溶解させ、核発生を促進させるが、熱交換器上の
種結晶の大部分の溶解は熱交換器32を通るヘリウムガ
スの流れによって防止される。
ヘリウムガスの流れのため、熱交換器32の頂部38の
温度1)(Eおよび底部49の隣接係合部分の温度は、
加熱体およびルツボの円筒状壁の温度が融点以上である
にもかかわらず、種結晶の融点より低い。
温度1)(Eおよび底部49の隣接係合部分の温度は、
加熱体およびルツボの円筒状壁の温度が融点以上である
にもかかわらず、種結晶の融点より低い。
加熱体およびルツボ側壁を、結晶化すべき物質の融点以
上に過熱するその程度は、いくつかの因子、特にその物
質の伝導性、望ましい結晶成長速度、およびルツボ直径
対熱交換器直径の比によって定まる。
上に過熱するその程度は、いくつかの因子、特にその物
質の伝導性、望ましい結晶成長速度、およびルツボ直径
対熱交換器直径の比によって定まる。
代表的には、過熱の程度は約50℃である。
結晶成長速度が比較的小さく、熱伝導性が大きく、そし
て/またはルツボと熱交換器との直径の比が小さい結晶
成長操作にあっては、融点より100℃あるいはそれ以
上に過熱することが望ましいこともある。
て/またはルツボと熱交換器との直径の比が小さい結晶
成長操作にあっては、融点より100℃あるいはそれ以
上に過熱することが望ましいこともある。
本発明に係るすべての方法にあって、ルツボ側壁および
熱交換器頂部の各湿度を各別に制御して、該物質の固体
および液体部分の間の湿度勾配を所望かつ必要な程度と
することによって、単一の結晶に成長する。
熱交換器頂部の各湿度を各別に制御して、該物質の固体
および液体部分の間の湿度勾配を所望かつ必要な程度と
することによって、単一の結晶に成長する。
初期の結晶成長は、熱交換器32内のヘリウムガス流れ
の速度を徐々に上げ(代表的には約0.28〜0.42
5i/h(10〜15c、f、h))、ゆっくりと熱交
換器の湿度を下げるとともにルツボ中心の底部からの熱
吸収速度を増すことによって、開始される。
の速度を徐々に上げ(代表的には約0.28〜0.42
5i/h(10〜15c、f、h))、ゆっくりと熱交
換器の湿度を下げるとともにルツボ中心の底部からの熱
吸収速度を増すことによって、開始される。
これと同時に、電力源86から加熱体26に供給される
電力量を、加熱体26およびルツボ垂直壁56の各温度
(パイロメータ71.73によって観察される)を一定
に保持するに必要なだけ増大させる。
電力量を、加熱体26およびルツボ垂直壁56の各温度
(パイロメータ71.73によって観察される)を一定
に保持するに必要なだけ増大させる。
結晶成長のこの初期期間の長さはルツボの寸法および結
晶化される物質の種類によって定まる。
晶化される物質の種類によって定まる。
代表的には、約6時間ないし8時間である。
この初期期間の終期においては、それらの条件は第3b
図に実質上示す通りである。
図に実質上示す通りである。
熱交換器の頂部38の温度THEは融点Tmpより十分
低くなっている。
低くなっている。
加熱体26の塩度およびルツボ48の円筒状側壁56の
塩度は、融点よりも代表的には50℃高い最初の過熱状
態にまだ在る。
塩度は、融点よりも代表的には50℃高い最初の過熱状
態にまだ在る。
結晶成長(融体中の液体の凝固)は、凝固結晶、つまり
ボウル104が卵形に似た形状となる段階に入る。
ボウル104が卵形に似た形状となる段階に入る。
このボウル全体は熱交換器32の頂部38に重なった部
分を除いて、溶融体に取り囲まれており、その正確な寸
法および形状の直接には観測できない。
分を除いて、溶融体に取り囲まれており、その正確な寸
法および形状の直接には観測できない。
ボウルの一般的形状は、ルツボ頂部の物質が液体であり
、ルツボの側壁全体が融点より十分高い湿度にあり、そ
して、ルツボの頂部および底部に近い部分のルツボ壁が
さらに高温である(加熱室14の頂部および底部からの
輻射熱による)という事実から分かつている。
、ルツボの側壁全体が融点より十分高い湿度にあり、そ
して、ルツボの頂部および底部に近い部分のルツボ壁が
さらに高温である(加熱室14の頂部および底部からの
輻射熱による)という事実から分かつている。
結晶成長を更に進行させるためには、熱交換器内を通る
ヘリウムガスの流れの速度を増加させるばかりでなく、
ルツボ垂直壁の湿度を低下させることも必要である。
ヘリウムガスの流れの速度を増加させるばかりでなく、
ルツボ垂直壁の湿度を低下させることも必要である。
したがって、結晶成長の次の期間中にあっては、ヘリウ
ムガスの流れをさらに増加させ、代表的には0.28〜
0.425 rrl/ h(10〜15c、f、h)の
同じ速度で増加させ、そして熱交換器の頂部38の観測
湿度を下げつづける。
ムガスの流れをさらに増加させ、代表的には0.28〜
0.425 rrl/ h(10〜15c、f、h)の
同じ速度で増加させ、そして熱交換器の頂部38の観測
湿度を下げつづける。
さらに、加熱体26に与えられる電力は観測温度が同じ
く観測される融点より約5℃高い温度に到達するまで、
加熱体26の塩度およびルツボ48の円筒状壁の塩度が
、代表的には毎時15°C以下の速度で、好ましくは毎
時5℃の速度でゆっくり低下するような割合で少なくし
てゆく。
く観測される融点より約5℃高い温度に到達するまで、
加熱体26の塩度およびルツボ48の円筒状壁の塩度が
、代表的には毎時15°C以下の速度で、好ましくは毎
時5℃の速度でゆっくり低下するような割合で少なくし
てゆく。
はゾこの時期に、凝固は第3c図に示すようにまで進行
している。
している。
凝固結晶ボウル104の頂部は、のぞき穴62,64,
66から観察されるように、融体の頂部を割ってでてく
る。
66から観察されるように、融体の頂部を割ってでてく
る。
ボウル104とルツボの垂直円筒状壁との間の液体(ま
だ融点以上の塩度に在る)の薄い環状部分106を除い
て、ボウルはルツボ全体を実質上占める。
だ融点以上の塩度に在る)の薄い環状部分106を除い
て、ボウルはルツボ全体を実質上占める。
環状部分106はその頂部108および底部110の近
傍が最も厚く、これはすでに述べたように、ルツボの最
も商況な部分に近接している。
傍が最も厚く、これはすでに述べたように、ルツボの最
も商況な部分に近接している。
結晶化を完結させるには、ルツボ48に残った液体のみ
が非常に薄いフィルム、つまりメニスカスとなって、固
体結晶ボウル104の頂部から流れ出し、モしてルツボ
の側面からそっと出てくるのが、のぞき穴62,64.
66から観測されるまで、ヘリウムガスの流れをゆっく
り増大させながらまた炉温度を除々に低下させる。
が非常に薄いフィルム、つまりメニスカスとなって、固
体結晶ボウル104の頂部から流れ出し、モしてルツボ
の側面からそっと出てくるのが、のぞき穴62,64.
66から観測されるまで、ヘリウムガスの流れをゆっく
り増大させながらまた炉温度を除々に低下させる。
この時点にあって、ルツボ側壁の温度は、わずかに湿度
の高い頂部および底部を除いて、はゾ融点に等しく、そ
して凝固は実質上完結する。
の高い頂部および底部を除いて、はゾ融点に等しく、そ
して凝固は実質上完結する。
最後のメニスカス部分は、加熱体26に供給される電力
をさらに減少させて加熱室およびルツボの塩度を融体の
湿度よりわずかに低くすることによって、凝固させる。
をさらに減少させて加熱室およびルツボの塩度を融体の
湿度よりわずかに低くすることによって、凝固させる。
加熱室および熱交換器の各塩度を結晶成長期間中に低下
させる速度は臨界的である。
させる速度は臨界的である。
いずれか一方又は両方の低下速度が大きすぎるならば、
ガス気泡および高い転位密度が結晶ボウルに生じてしま
う。
ガス気泡および高い転位密度が結晶ボウルに生じてしま
う。
正確な限界は成長させる結晶の種類によって定まる。
例えば、サファイヤのようなセラミックスを成長させる
ためには、炉温度およびルツボ壁塩度は、一般に、毎時
10℃を越える速度で低下させるべきではなく、また熱
交換器の温度は毎時50℃より速い割合では低下させる
べきではない。
ためには、炉温度およびルツボ壁塩度は、一般に、毎時
10℃を越える速度で低下させるべきではなく、また熱
交換器の温度は毎時50℃より速い割合では低下させる
べきではない。
金属結晶の場合、低下速度はより低く、代表的にはそれ
ぞれ58C/時、および25°C/時を越えない程度と
すべきである。
ぞれ58C/時、および25°C/時を越えない程度と
すべきである。
凝固が完結してから、ボウルは生じた凝固応力を解放す
るような仕方で室温にまで冷却する。
るような仕方で室温にまで冷却する。
これには次の3つの工程が含まれる。
第1に、熱交換器へのヘリウムガスの流れをゆっくり停
止し、その間炉電力を、炉温度が最初の融点より約50
℃低い湿度となるように、減少させる。
止し、その間炉電力を、炉温度が最初の融点より約50
℃低い湿度となるように、減少させる。
第2に、このボウルを、数時間という焼純時間だけ、融
点より約50℃低い湿度に保持する。
点より約50℃低い湿度に保持する。
第3に、炉電力をさらに減少させ、炉およびボウルを室
温にまでゆっくりと冷却する。
温にまでゆっくりと冷却する。
代表的には、最初の工程は約3または4時間かかり、そ
して、第3工程において温度は約500C/時の速度で
低下させる。
して、第3工程において温度は約500C/時の速度で
低下させる。
以下の実施例はさらに本発明を説明するためのものであ
る。
る。
実施例 1
直径約25.4mm(1インチ)のサファイヤ種結晶を
モリブテン製ルツボに入れ、ルツボにはVerneu
i Iサファイヤ(ベルヌーイ法によるサファイヤ)の
破砕小片を詰め込んだ。
モリブテン製ルツボに入れ、ルツボにはVerneu
i Iサファイヤ(ベルヌーイ法によるサファイヤ)の
破砕小片を詰め込んだ。
このルツボは炉に入れ、炉を排気しそして電力源のスイ
ッチを入れた。
ッチを入れた。
電力は250℃/時の速度で炉温度を上昇させる割合で
増大させた。
増大させた。
約8時間後、ルツボ側壁のサファイヤは溶は始めた。
溶解したことを確認したとき、装置をこれに合わせて標
準としく calibrate )、ヘリウム源を始動
させ、1.13 m3/ h(40c、f、h)の開始
速度で熱交換器内にヘリウムガスを送った。
準としく calibrate )、ヘリウム源を始動
させ、1.13 m3/ h(40c、f、h)の開始
速度で熱交換器内にヘリウムガスを送った。
炉温度は、次いで、観測された初期融点より約50℃高
くなるまでさらに上昇させ、この湿度に4時間の間保持
して炉内条件を安定化させた。
くなるまでさらに上昇させ、この湿度に4時間の間保持
して炉内条件を安定化させた。
結晶成長を開始させるために、熱交換器内へのヘリウム
ガス流れの速度を次いで毎時1.13m″(40ctf
)の初期流れ速度から、毎時約0.28m”(10c
p f )の割合で、2.83 m3(100c、f)
の流れを速度に到達するまで増加させた。
ガス流れの速度を次いで毎時1.13m″(40ctf
)の初期流れ速度から、毎時約0.28m”(10c
p f )の割合で、2.83 m3(100c、f)
の流れを速度に到達するまで増加させた。
この流れを増大させる期間は約6時間に亘り、この期間
中炉に供給される電力をルツボ側壁の観測される温度を
最初の融点より50℃高く一定に維持するに必要な程度
に調節した。
中炉に供給される電力をルツボ側壁の観測される温度を
最初の融点より50℃高く一定に維持するに必要な程度
に調節した。
結晶成長の次の段階において、この段階ははゾ18時間
に亘ったが、炉に供給される電力をルツボ側壁の観測さ
れる温度を3℃/時の割合で低下させるに必要な程度に
少なくし、一方熱交換器に送るヘリウムガスの流れ速度
を、同じく毎時0.28m″(10c、f)の割合で、
さりに増大させた。
に亘ったが、炉に供給される電力をルツボ側壁の観測さ
れる温度を3℃/時の割合で低下させるに必要な程度に
少なくし、一方熱交換器に送るヘリウムガスの流れ速度
を、同じく毎時0.28m″(10c、f)の割合で、
さりに増大させた。
ルツボ側壁の温度が観測された最初の融点よりわずかに
高いだけの水準に落ちたとき、ルツボ内の実質上すべて
の液体が凝固した。
高いだけの水準に落ちたとき、ルツボ内の実質上すべて
の液体が凝固した。
はんのわずかに残った液体は非常に薄く不連続のメニス
カスであり、ボウル頂部より四方に流れ出た。
カスであり、ボウル頂部より四方に流れ出た。
メニスカスは、ルツボ側壁温度が最初の融点よりわずか
に低くなるまで、その温度を下げつづけることにより、
凝固した。
に低くなるまで、その温度を下げつづけることにより、
凝固した。
凝固が完結した後に、熱交換器へのヘリウムガスの流れ
を2.83m’/h(100c、f、h)の割合で減少
させた。
を2.83m’/h(100c、f、h)の割合で減少
させた。
同時に、炉電力も、熱交換器へのヘリウムガス流れを停
止したとき、ルツボ側壁の観測された温度が最初の融点
より約50℃低いようになるような割合で減少させた。
止したとき、ルツボ側壁の観測された温度が最初の融点
より約50℃低いようになるような割合で減少させた。
次いで炉はこの湿度に2時間保持し、その後炉に供給す
る電力を、室温に至るまで、約り0℃/時の割合で再び
減少させた。
る電力を、室温に至るまで、約り0℃/時の割合で再び
減少させた。
そして、炉を開放し、ルツボおよびボウルを取り出した
。
。
実施例 ■
単結晶サファイヤを種結晶を使わずに成長させた。
実施例■の方法によったが、次の点で変更を加えた。
(a) Verneuilサファイヤの破砕小片に代
えて焼結アルミナペレットを使った。
えて焼結アルミナペレットを使った。
(b) 種結晶の代わりに、狭い上部開口部を備えた
モリブデン製ワッシャーをルツボ底部の中心に置いた。
モリブデン製ワッシャーをルツボ底部の中心に置いた。
(c) 熱交換器は、最初の融点より50℃高くルツ
ボが過熱されるまでは、始動させなかった。
ボが過熱されるまでは、始動させなかった。
(d) 熱交換器は次いで1.42 m”/ h (
50c、f、h )の流れ速度で始動させた。
50c、f、h )の流れ速度で始動させた。
実施例 ■
金属(ゲルマニウム)単結晶を成長させるため、高純度
黒鉛ルツボの内側を非常に平滑に切削加工した。
黒鉛ルツボの内側を非常に平滑に切削加工した。
ゲルマニウムは液体よりも固体であるほうが軽いため、
ルツボの内側中心底部は、種結晶を熱交換器上に固定し
ておき、ゲルマニウムが溶解したとき種結晶が浮き上が
ってしまわないように形作られた。
ルツボの内側中心底部は、種結晶を熱交換器上に固定し
ておき、ゲルマニウムが溶解したとき種結晶が浮き上が
ってしまわないように形作られた。
金属の薄いウェハーを熱交換器の頂部に置き、種結晶お
よびゲルマニウム小片をルツボ内に入れ、そしてルツボ
は炉内に入れた。
よびゲルマニウム小片をルツボ内に入れ、そしてルツボ
は炉内に入れた。
次いで、炉を閉じ、実施例■におけるように、融点より
50℃高い湿度に加熱した。
50℃高い湿度に加熱した。
結晶成長は実施例■におけるごとくして行なったが、ヘ
リウムガスの熱交換器への流れ速度は約0.14771
″/h(5c、f、h)とより小さな割合で増加させた
。
リウムガスの熱交換器への流れ速度は約0.14771
″/h(5c、f、h)とより小さな割合で増加させた
。
ゲルマニウムの熱伝導性および拡散性がサファイヤより
もはるかに大きいためである。
もはるかに大きいためである。
熱交換器へのヘリウムガスの流れおよび加熱体26への
電力入力量は、熱交換器および炉の温度低下の割合が、
それぞれ500C/時および5℃/時を越えないように
共に変化させた。
電力入力量は、熱交換器および炉の温度低下の割合が、
それぞれ500C/時および5℃/時を越えないように
共に変化させた。
実施例 ■
いわゆる315化合物の単結晶を成長させることはしば
しば望ましいことである。
しば望ましいことである。
ここに丁化合物とは元素の周期表の3族と5族の元素か
らなる化合物であって例えば半導体に多く使用されるI
nSb 、GaAs などを指す。
らなる化合物であって例えば半導体に多く使用されるI
nSb 、GaAs などを指す。
成長させるのが最も難しいものの1つは、ガリウムホス
ファイトであり、これはその融点において非常に不安定
である。
ファイトであり、これはその融点において非常に不安定
である。
分解を防止するために、35気圧という不活性ガス圧力
およびB2O3の液体包囲体が必要となる。
およびB2O3の液体包囲体が必要となる。
高い圧力が要求されるために、第1〜2図に示す装置は
多少変更された。
多少変更された。
加熱体および熱交換器は黒鉛製高圧抵抗炉に入れた。
のぞき大組立体70.71の代わりに、白金/白金ロジ
ウム熱電対を底部近くのルツボ壁に設け、炉の加熱帯域
の中心にくるようにした。
ウム熱電対を底部近くのルツボ壁に設け、炉の加熱帯域
の中心にくるようにした。
熱交換器32は高圧に耐えるように壁を厚くした。
ガリウムホスファイトの種結晶を石英ルツボの底部に接
触させ、ルツボには実施例■によるサファイヤの装入方
法と同様の方法でガリウムホスファイト小片を詰め込む
と共にB2O3包囲体をルツボ入に入れた。
触させ、ルツボには実施例■によるサファイヤの装入方
法と同様の方法でガリウムホスファイト小片を詰め込む
と共にB2O3包囲体をルツボ入に入れた。
装置全体は区画した室に入れ、熱電対線および制御用導
線はリモートコントロール室にまでもってきた。
線はリモートコントロール室にまでもってきた。
視覚による観察は必要でないから、遠隔TV(テレビの
こと)監視は必要とされない。
こと)監視は必要とされない。
ルツボ内の物質は溶解し、続いて実施例■のように凝固
した。
した。
炉および熱交換器の塩度低下割合はそれぞれ10°C/
時および75°C/時を越えないように制御した。
時および75°C/時を越えないように制御した。
実施例 ■
化学量論的なMgAl2O4のスピネル型単結晶を融体
から成長させた。
から成長させた。
直径2.5crrLの単結晶板を種結晶として使用した
。
。
モリブデン製ルツボには高純度アルミナ砕片および高純
度マグネシアチップの正確な割合の混合物を詰め込んだ
。
度マグネシアチップの正確な割合の混合物を詰め込んだ
。
ルツボおよびその内容物を0.22 Torrの真空中
で1500℃に加熱した。
で1500℃に加熱した。
次いで、炉を0.3気圧だけ高い圧力の不活性ガスで満
たした。
たした。
この過剰圧力は、実施例Iのようにして行なった。
結晶成長処理期間を通して維持した。
実施例 ■
実施例Iにおける如く種結晶をルツボ内に置いた。
モリブデン製スクリーンおよびモリブデン板を種結晶と
反対側に炉内に垂直に置いた。
反対側に炉内に垂直に置いた。
上記板は全体的に半径方向に伸びており、上記スクリー
ンは上記板に総体的に直角に伸びている。
ンは上記板に総体的に直角に伸びている。
次いで、ルツボには、サファイヤの破砕小片を詰め込み
、そして実施例■のように結晶成長を行なった。
、そして実施例■のように結晶成長を行なった。
サファイヤは結晶配位を変えることなくスクリーンを通
って成長した。
って成長した。
シートおよびサファイヤ結晶の間には良好な接合が行な
われているため、結晶配位の断絶あるいは変化などはな
かった。
われているため、結晶配位の断絶あるいは変化などはな
かった。
その他の具体化例および実施例も特許請求の範囲で規定
する本発明の範囲内にλるものである。
する本発明の範囲内にλるものである。
第1図は、多生模型的であるが、本発明を実施するため
の装置の平面図である。 第2図は、第1図の装置の1部を部分的に断面で示す斜
視図である。 第3aないし3部図は、本発明に係る第1図および第2
図に示す方法(装置)を用いた大きな単結晶成長法の各
段階を示す略式説明図である。 10・・・・・・真空炉、14・・・・・・加熱室、2
6・・・・・・加熱体、32・・・・・・熱交換器、3
6・・・・・・ロッドセグメント、38・・・・・・熱
交換器頂部、48・・・・・・ルツボ、49・・・・・
・ルツボ底部、100・・・・・・種結晶、102・・
・・・・液体、104・・・・・・凝固結晶ボウル。
の装置の平面図である。 第2図は、第1図の装置の1部を部分的に断面で示す斜
視図である。 第3aないし3部図は、本発明に係る第1図および第2
図に示す方法(装置)を用いた大きな単結晶成長法の各
段階を示す略式説明図である。 10・・・・・・真空炉、14・・・・・・加熱室、2
6・・・・・・加熱体、32・・・・・・熱交換器、3
6・・・・・・ロッドセグメント、38・・・・・・熱
交換器頂部、48・・・・・・ルツボ、49・・・・・
・ルツボ底部、100・・・・・・種結晶、102・・
・・・・液体、104・・・・・・凝固結晶ボウル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ルツボ内に材料を装入し、該材料の融点以上にルツ
ボを加熱し、次いでルツボの底部中心部から熱を奪い溶
融材料を凝固させる工程から成る単結晶成長法において
; ルツボ内の材料に接している少なくともルツボの側壁部
の湿度を該材料の融点より高く維持し、同時に前記底部
塩度を前記材料の融点以下に下げ、 前記側壁部の湿度を、ルツボ内の前記材料の実質上すべ
てが潔固しでしまうまで、前記融点より高い塩度に維持
しておくこと、 を特徴とする単結晶成長法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US429142A US3898051A (en) | 1973-12-28 | 1973-12-28 | Crystal growing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5097587A JPS5097587A (ja) | 1975-08-02 |
JPS5854115B2 true JPS5854115B2 (ja) | 1983-12-02 |
Family
ID=23701973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP49107081A Expired JPS5854115B2 (ja) | 1973-12-28 | 1974-09-17 | タンケツシヨウセイチヨウホウ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3898051A (ja) |
JP (1) | JPS5854115B2 (ja) |
CA (1) | CA1038268A (ja) |
CH (1) | CH595881A5 (ja) |
DE (1) | DE2461553C2 (ja) |
FR (1) | FR2255950B1 (ja) |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0748884A1 (en) * | 1995-06-15 | 1996-12-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductors |
US6110274A (en) * | 1997-07-02 | 2000-08-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductor |
JP2009184922A (ja) * | 2002-11-14 | 2009-08-20 | Hemlock Semiconductor Corp | 流動性チップ及びそれを使用する方法 |
WO2012073876A1 (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 株式会社アルバック | シリコン精錬装置及びシリコン精錬方法 |
Families Citing this family (76)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4096025A (en) * | 1974-02-21 | 1978-06-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of orienting seed crystals in a melt, and product obtained thereby |
US4049384A (en) * | 1975-04-14 | 1977-09-20 | Arthur D. Little, Inc. | Cold crucible system |
US4186046A (en) * | 1976-09-29 | 1980-01-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Growing doped single crystal ceramic materials |
US4218418A (en) * | 1978-06-22 | 1980-08-19 | Crystal Systems, Inc. | Processes of casting an ingot and making a silica container |
US4251206A (en) * | 1979-05-14 | 1981-02-17 | Rca Corporation | Apparatus for and method of supporting a crucible for EFG growth of sapphire |
US4264406A (en) * | 1979-06-11 | 1981-04-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method for growing crystals |
FR2512846A1 (fr) * | 1981-09-16 | 1983-03-18 | Labo Electronique Physique | Procede pour la croissance cristalline de materiau, et cristaux ainsi obtenus |
JPS6041033B2 (ja) * | 1982-06-24 | 1985-09-13 | 財団法人 半導体研究振興会 | 結晶成長装置 |
US4540550A (en) * | 1982-10-29 | 1985-09-10 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus for growing crystals |
DE3323896A1 (de) * | 1983-07-02 | 1985-01-17 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren und vorrichtung zum gerichteten erstarren von schmelzen |
US4892707A (en) * | 1983-07-25 | 1990-01-09 | American Cyanamid Company | Apparatus for the calorimetry of chemical processes |
US4963499A (en) * | 1983-07-25 | 1990-10-16 | American Cyanamid Company | Method for the calorimetry of chemical processes |
FR2553232B1 (fr) * | 1983-10-05 | 1985-12-27 | Comp Generale Electricite | Procede et dispositif pour elaborer un lingot d'un materiau semi-conducteur polycristallin |
JPS6163593A (ja) * | 1984-09-05 | 1986-04-01 | Toshiba Corp | 化合物半導体単結晶の製造装置 |
DE3644746A1 (de) * | 1986-12-30 | 1988-07-14 | Hagen Hans Dr Ing | Verfahren und vorrichtung zum zuechten von kristallen |
FR2614404B1 (fr) * | 1987-04-23 | 1989-06-09 | Snecma | Four de coulee de pieces a structure orientee, a ecran thermique deplacable |
US4840699A (en) * | 1987-06-12 | 1989-06-20 | Ghemini Technologies | Gallium arsenide crystal growth |
US5116456A (en) * | 1988-04-18 | 1992-05-26 | Solon Technologies, Inc. | Apparatus and method for growth of large single crystals in plate/slab form |
WO1990003952A1 (en) * | 1988-10-07 | 1990-04-19 | Crystal Systems, Inc. | Method of growing silicon ingots using a rotating melt |
US4946544A (en) * | 1989-02-27 | 1990-08-07 | At&T Bell Laboratories | Crystal growth method |
US5047113A (en) * | 1989-08-23 | 1991-09-10 | Aleksandar Ostrogorsky | Method for directional solidification of single crystals |
US5064497A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-12 | At&T Bell Laboratories | Crystal growth method and apparatus |
EP0906971A3 (en) * | 1991-08-22 | 2002-01-30 | Raytheon Company | Method of forming a compound semiconductor material |
US5410567A (en) * | 1992-03-05 | 1995-04-25 | Corning Incorporated | Optical fiber draw furnace |
US5653954A (en) * | 1995-06-07 | 1997-08-05 | Thermometrics, Inc. | Nickel-manganese oxide single crystals |
US6099164A (en) * | 1995-06-07 | 2000-08-08 | Thermometrics, Inc. | Sensors incorporating nickel-manganese oxide single crystals |
US5830268A (en) * | 1995-06-07 | 1998-11-03 | Thermometrics, Inc. | Methods of growing nickel-manganese oxide single crystals |
JP3388664B2 (ja) * | 1995-12-28 | 2003-03-24 | シャープ株式会社 | 多結晶半導体の製造方法および製造装置 |
JP3520957B2 (ja) * | 1997-06-23 | 2004-04-19 | シャープ株式会社 | 多結晶半導体インゴットの製造方法および装置 |
DE29715846U1 (de) * | 1997-09-04 | 1997-12-11 | ALD Vacuum Technologies GmbH, 63526 Erlensee | Vorrichtung zum gerichteten Erstarren von Schmelzen |
US6839362B2 (en) * | 2001-05-22 | 2005-01-04 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Cobalt-doped saturable absorber Q-switches and laser systems |
KR20020096097A (ko) * | 2001-06-16 | 2002-12-31 | 주식회사 실트론 | 실리콘 잉곳 성장 장치 |
US8021483B2 (en) | 2002-02-20 | 2011-09-20 | Hemlock Semiconductor Corporation | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
JP4151474B2 (ja) * | 2003-05-13 | 2008-09-17 | 信越半導体株式会社 | 単結晶の製造方法及び単結晶 |
US20050061230A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel articles and methods for forming same |
US7045223B2 (en) * | 2003-09-23 | 2006-05-16 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel articles and methods for forming same |
US7326477B2 (en) * | 2003-09-23 | 2008-02-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel boules, wafers, and methods for fabricating same |
JP5198731B2 (ja) * | 2004-01-29 | 2013-05-15 | 京セラ株式会社 | シリコンインゴット製造用鋳型及びその形成方法、並びにその鋳型を用いた多結晶シリコン基板の製造方法 |
IL162518A0 (en) * | 2004-06-14 | 2005-11-20 | Rafael Armament Dev Authority | Dome |
EP1813700B1 (en) * | 2004-11-16 | 2011-04-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Apparatus for producing crystals |
US7919815B1 (en) | 2005-02-24 | 2011-04-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Spinel wafers and methods of preparation |
US7344596B2 (en) * | 2005-08-25 | 2008-03-18 | Crystal Systems, Inc. | System and method for crystal growing |
US7572334B2 (en) * | 2006-01-03 | 2009-08-11 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for fabricating large-surface area polycrystalline silicon sheets for solar cell application |
KR101400075B1 (ko) * | 2006-01-20 | 2014-05-28 | 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 | 광전 변환 소자용 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 및 기하학적 다결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 |
FR2918675B1 (fr) * | 2007-07-10 | 2009-08-28 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de fabrication d'un bloc de materiau cristallin avec modulation de la conductivite thermique. |
KR20100050510A (ko) * | 2007-07-20 | 2010-05-13 | 비피 코포레이션 노쓰 아메리카 인코포레이티드 | 시드 결정으로부터 캐스트 실리콘을 제조하는 방법 |
AU2008279415A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-29 | Amg Idealcast Solar Corporation | Methods and apparatuses for manufacturing cast silicon from seed crystals |
US8709154B2 (en) | 2007-07-25 | 2014-04-29 | Amg Idealcast Solar Corporation | Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials |
US8591649B2 (en) | 2007-07-25 | 2013-11-26 | Advanced Metallurgical Group Idealcast Solar Corp. | Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials |
DE102007038851A1 (de) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Schott Ag | Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern |
TW201012988A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-01 | Bp Corp North America Inc | Gas recirculation heat exchanger for casting silicon |
TW201012978A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-01 | Bp Corp North America Inc | Apparatus and method of use for a casting system with independent melting and solidification |
US20110179992A1 (en) * | 2008-10-24 | 2011-07-28 | Schwerdtfeger Jr Carl Richard | Crystal growth methods and systems |
US20100101387A1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-04-29 | Kedar Prasad Gupta | Crystal growing system and method thereof |
US8329133B2 (en) * | 2008-11-03 | 2012-12-11 | Gt Crystal Systems, Llc | Method and apparatus for refining metallurgical grade silicon to produce solar grade silicon |
TWI519685B (zh) * | 2009-07-22 | 2016-02-01 | 國立大學法人信州大學 | 藍寶石單結晶之製造方法以及藍寶石單結晶之製造裝置 |
KR20120083333A (ko) * | 2009-09-02 | 2012-07-25 | 지티 크리스탈 시스템스, 엘엘씨 | 조절된 압력하에 헬륨을 사용하는 고온 처리 방법 |
KR101136143B1 (ko) | 2009-09-05 | 2012-04-17 | 주식회사 크리스텍 | 사파이어 단결정 성장방법과 그 장치 |
US8647433B2 (en) * | 2009-12-13 | 2014-02-11 | Axt, Inc. | Germanium ingots/wafers having low micro-pit density (MPD) as well as systems and methods for manufacturing same |
DE102011006076B4 (de) | 2010-04-01 | 2016-07-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken |
DE102010014724B4 (de) | 2010-04-01 | 2012-12-06 | Deutsche Solar Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken |
US20110315808A1 (en) | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Zelinski Brian J | Solid solution-based nanocomposite optical ceramic materials |
US8445822B2 (en) | 2010-06-23 | 2013-05-21 | Raytheon Company | One-piece Nano/Nano class Nanocomposite Optical Ceramic (NNOC) extended dome having seamless non-complementary geometries for electro-optic sensors |
US9709699B2 (en) | 2012-02-03 | 2017-07-18 | Raytheon Company | Nano-nano-composite optical ceramic lenses |
US9012823B2 (en) | 2012-07-31 | 2015-04-21 | Raytheon Company | Vehicle having a nanocomposite optical ceramic dome |
WO2014156986A1 (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | 国立大学法人九州大学 | シリコン単結晶生成装置、シリコン単結晶生成方法 |
CN103205799A (zh) * | 2013-04-23 | 2013-07-17 | 广东赛翡蓝宝石科技有限公司 | 一种生长c向白宝石单晶体的方法 |
US9845548B2 (en) * | 2013-09-30 | 2017-12-19 | Gtat Corporation | Advanced crucible support and thermal distribution management |
WO2015047828A1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Gt Crystal Systems, Llc | A technique for controlling temperature uniformity in crystal growth apparatus |
WO2015047819A1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Gt Crystal Systems, Llc | Method and apparatus for processing sapphire |
CN104195640A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-10 | 杭州铸泰科技有限公司 | 一种用于蓝宝石单晶生长的热场系统 |
CN104250852B (zh) * | 2014-09-17 | 2016-09-14 | 哈尔滨化兴软控科技有限公司 | 蓝宝石晶体生长装置及生长方法 |
WO2017146139A1 (ja) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | 株式会社アライドマテリアル | モリブデン坩堝 |
CN206562482U (zh) * | 2017-01-13 | 2017-10-17 | 许昌天戈硅业科技有限公司 | 一种蓝宝石长晶炉的分级闭环控制冷却设备 |
DE102020120715A1 (de) | 2020-08-05 | 2022-02-10 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Züchten eines Seltenerd-Sesquioxid-Kristalls |
CN114737253B (zh) * | 2022-06-10 | 2022-11-04 | 太原彩源新材料科技有限公司 | 生长大尺寸蓝宝石单晶板材的单晶炉热场结构及方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3335084A (en) * | 1964-03-16 | 1967-08-08 | Gen Electric | Method for producing homogeneous crystals of mixed semiconductive materials |
BE684801A (ja) * | 1965-08-05 | 1967-01-03 | ||
US3464812A (en) * | 1966-03-29 | 1969-09-02 | Massachusetts Inst Technology | Process for making solids and products thereof |
DE1936443C3 (de) * | 1969-07-17 | 1975-03-06 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Vorrichtung zum Aufwachsen homogen dotierter, planparalleler epitaktischer ScNchten aus halbleitenden Verbindungen durch Schmelzepitaxie |
US3653432A (en) * | 1970-09-01 | 1972-04-04 | Us Army | Apparatus and method for unidirectionally solidifying high temperature material |
-
1973
- 1973-12-28 US US429142A patent/US3898051A/en not_active Expired - Lifetime
-
1974
- 1974-08-29 FR FR7429576A patent/FR2255950B1/fr not_active Expired
- 1974-09-17 JP JP49107081A patent/JPS5854115B2/ja not_active Expired
- 1974-12-20 CH CH1713874A patent/CH595881A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-12-23 GB GB5541674A patent/GB1463180A/en not_active Expired
- 1974-12-24 CA CA216,766A patent/CA1038268A/en not_active Expired
- 1974-12-27 DE DE2461553A patent/DE2461553C2/de not_active Expired
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0748884A1 (en) * | 1995-06-15 | 1996-12-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductors |
US6110274A (en) * | 1997-07-02 | 2000-08-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductor |
JP2009184922A (ja) * | 2002-11-14 | 2009-08-20 | Hemlock Semiconductor Corp | 流動性チップ及びそれを使用する方法 |
JP2014058447A (ja) * | 2002-11-14 | 2014-04-03 | Hemlock Semiconductor Corp | 流動性チップ及びそれを使用する方法 |
WO2012073876A1 (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 株式会社アルバック | シリコン精錬装置及びシリコン精錬方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH595881A5 (ja) | 1978-02-28 |
FR2255950A1 (ja) | 1975-07-25 |
GB1463180A (en) | 1977-02-02 |
CA1038268A (en) | 1978-09-12 |
DE2461553A1 (de) | 1975-07-10 |
JPS5097587A (ja) | 1975-08-02 |
DE2461553C2 (de) | 1986-04-24 |
US3898051A (en) | 1975-08-05 |
FR2255950B1 (ja) | 1980-12-26 |
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