JPS593095A - ルツボ - 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】 本発明は、ハンギングドロップ法（懸吊液滴形成法）　
（ｈａｎｇｉｎｇ　ｄｒｏｐｍｅｔｈｏｄ　）によって
結晶化するためのルツボに関する。更に詳しく云えば、
本発明は、フランス重訂第２．１２１．３２６号、同第
２．３５９，６３９号および同第、２　、３７６．６９
７号明細書に記載されたルツボの改良に関するものであ
る：これらのルツボは、糸状若しくは板状（フランス特
許第２，５２１，３２６号明細書）、管状（フランス特
許第２．３５９，６３９号明細書）の単結晶の製造およ
びグラファイト基体上に薄いフィルム状に結晶珪素を析
出させる（フランス特許第２．４０１．６９６号明細’
Ｉ）のに特に使用できるものである。

ハンギングドロップ法として知られる結晶化方法におい
ては、その低部に毛管オリフィスを有するルツボを使用
している０このルツボは下記の二種の機能を果している
。すなわち、その第１の機能は、加熱用抵抗器を使用す
る適当な加熱手段によるか、あるいはルツボ中への直接
誘導加熱によって、結晶化すべき原料（粉末、粉砕した
結晶）を溶融することであり、第２の機能は、その低部
に機械加工された毛管ダイによって、その中を通る液体
にオリフィスの末端と同一の形状を与え、それによって
、操作の開始時にこの先端から懸吊する液滴を形成する
ことである。

上記の毛トグイか満されると直ちに結晶核が液滴に接近
し、その頂部で溶融し次いで該液滴と結合する０このよ
うにして液体−同体界面が形成される０この時点から、
核が下方に引張られて結晶が成長し、一方、液体一固体
界面は好都合な温度勾配によって適当な高さに保持され
る０同時に、溶融が行われているルツボの上部には粉末
のまたは粉砕された結晶が供給される。

上記のハンギングドロップ法による単結晶の製造につい
て研究を続けた結果、本発明者は引出された単結晶中に
ひび割れを生ぜしめる幾つかの現象を認めた◎ （ａ）　　ルツボの底に設けられている毛管オリフィス
は、かなり狭い入口であって、その中に液体が浸透せね
はならない。この液体の流入の際にルツボの底に０．５
〜１酩あるいはそれ以上の薄い層が形成されることが経
験的に知られているが、この液体の流入はオリフィスの
全長にわたって、また液体のオリフィスへの流入状態に
よって不規則なものとなる。

事実、原料粉末は主と、してルツボの中心に落下し、且
つ落下した所で溶融する。そして得られた溶融液体によ
りルツボの底部が全体的に満される。

しかしながらルツボの中心にはまだ溶融していない粉末
がルツボの端部よりも多く供給されるので、オリフィス
の中心部が端部よりも更に均一に満されることになる◎
ルツボの中心部と端部との間の温度差により液体の粘度
と表面張力が影響を受け、かくして液体が毛管オリフィ
ス中を通る状態に局部的な差が生じることになる。

（ｂ）　　他方、毛管オリフィスは鋭い稜線の形状の端
部を有しており、この端部がこの部分で液体に乱流運動
を生起させ、ダイの内側に圧縮領域と膨張領域とを生せ
しめる。温度が液体の溶融温度以上あるいは溶融温度に
非常に近いので、その結果キャビテーション（液体の局
部的蒸発）現象が生じて毛管オリフィス内の液体中に気
泡を生じることになる。これらの気泡は結晶内でも認め
られ、この場合これらの気泡は該結晶内で各種の形状、
例えば長方形、円筒状あるいは球状の空隙（ｃａｖｉ−
ｔｙ）を形成する。

上記の現象は、液体一固体生長界面で毛管ダイの底にお
ける温度平衡を乱し、その結果結晶中に各種の傷（小斑
点、着色）が生じることになる〇更に、前記の薄いフィ
ルム状の液体は、ルツボの頂部の方への放熱によって冷
却される。液層がルツボの底部全体にわたって正確に同
じ厚さではない限シ、このことは毛管オリフィスに入る
液体中の温度差を増すことになる。

更に、ルツボダイ中に存在する液１体の量は０．５ｃＩ
ｎ３　　程度であシ、この１．は３Ｑ１１１の巾と０．
８１１１の厚さのサファイヤストリップを引出すのに使
用するルツボに対しては小さい◇従って、原料粉末の供
給が変化すると、この液体の量も変化し且つダイへの流
速もまた変化し、その結果結晶の厚さに変化を生じるこ
とになる。

本発明の目的は、得られる単結晶の品質を更に改良し、
且つ前述の欠点を最少限にすることであるＯ 本発明によれば、ハンギングドロップ法により単結晶を
製造するためのをツボに、ルツボの底にある複数の足で
支持された円錐状スクリーン、すなわち帽子（ハツト）
が設けられている。

従って本発明によればハンギングドロップ法として知ら
れている方法に従って所定の形状の単結晶を連続的に製
造するためのルツボであって、しかもその低部に下記の
ごとき毛管オリフィス、すなわち、所定の温度および圧
力で単結晶を製造しあるいは析出したフィルムを形成さ
せるのに使用する溶融原料が毛管内で保持されている高
さより高いかあるいはこれと等しい高さを有する毛管オ
リフィスｔｌ−１個またはそれ以上有するルツボにおい
て、上記ルツボの底が、該ルツボの底に設けられた足で
支持されている円錐状スクリーンで徨ゎれていることを
％冑とする改善されたルツボが提供される。

本発明の好ましい態様においては、上記の円錐状スクリ
ーンはその上部において１〜３１１ｍの直径を有する２
〜１０個の孔が貫通している。

本発明による円錐状スクリーンを構成する材料は、ルツ
ボを作る材料と同一の材料であるか、あるいは任意の他
の適当な材料、すなわち操作温度で単結晶を製造するの
に使用される原料に対して不活性であるもの、例えばイ
リジウムやモリブデンである。

円錐状スクリーンの角度はルツボの角度と同一であるか
または異なるものであＶ得る。ルツボの底の円錐の角度
αが装置に応じて１８０°に増大する場合は、円錐状ス
クリーンの角度も同様に拡大させることができ、また異
なったままであり得るＯ例えば、平らな底（α＝１８０
６）を有するルツボには、１８０＠以下の角度の円錐ス
クリーンを載置することができる。

円錐状スクリーンの直径はルツボの内径よシも小さいこ
とは明らかである。その厚さは約１〜５ＩＩｍである。

スクリーンを支持している足の高さは約２〜１０雷畠で
ある０ 次に本発明を、本発明による内部円錐状スクリーンを備
えた改良されたルツボの断面図を示す添附図面を参照し
て説明する０ 下方部に毛管オリフイ人５を有するルツボは、足３およ
び３′によシルツボの底１′に設置された内部円錐状ス
クリーン２を有している。このスクリーンの上部には場
合により孔４および４′が貫通されている◎ 本発明に従って内部円錐状スクリーンを有するルツボを
使用してＩ・ンギングドロップ法によシ単結晶を製造す
る場合の利点は多数あるが、更に詳しく云えは下記の通
シである。

（ａ）　　ルツボ内での液体の滞留時間がより長いので
、供給された粒子または粉末の溶融が良好になり且つ液
体中に含まれているガスあるいは揮発性物質の排出が良
好になる０ （ｂ）　　ルツボの底部全体にわたって温度がよル均一
となるので、毛管ダクトのオリフィス中の温度もよシ均
一となる◎ （Ｃ）　　ルツボの底からの放熱が減少する。このこと
け供給された粒子または粉末の溶融を良好にする。

（ｄ）　　供給された粒子が毛管ダクトのオリフィス上
に直接落下しない。

（ｅ）　　円錐状スクリーン中に設けた孔によって揮発
性物質またはガスの排出が促進される・（ｆ）　　乱流
が無くな勺且つダクトに入る液の量がコンスタントにな
る。

製造される単結晶の品質と特性に関して得られる多くの
利点は次の通シである・ （ａ）　　気泡（すなわちボイド）の数と大きさく残っ
ている殆んどすべての気泡は１０μ以下の大きさである
・）とが減少し、一方、０．１〜１鶴の範囲の気泡は１
０００分の１まで減少するかあるいは完全に消滅する。

例えばサファイヤの場合は気泡は、肉眼観察では殆ど認
められない。

（ｂ）　　得られる単結晶の寸法が一定である〇（ｃ）
　　得られる単結晶の表面規則性がすぐれている。

（ｄ）　　ルツボの材料により生じる汚染が無い〇（ｅ
）　　ＩＩＩ科として粉砕サファイヤ結晶の代わりに大
きな比表面＠（６〜ｉｏｏｍ’／ｒ）を有する微細なア
ルミナが使用できる。

従ってこれらのアルミ−すは多量の吸着気体を含鳴して
いるが、気泡の無いサファイヤストリップが得られる。

次に実施例によって本発明を説明するが、これらの実施
例は本発明の範囲を限定するものではなりｓ６ 実施例−サ７アイヤ単結晶（α−アルミナ）の製造２０
　ｃｍ’の総容量を有し、１×１５１の矩形断面を廟す
る毛管ダクトを底に穿孔したルツボをモリブデンで作成
した。

上記のルツボは５０鶴の外径と３Ｑ１１ｍの内径を有し
ている。その底部はわずかに円錐形であシ１５０″の円
錐角度を有している。ルツボの内側には、クーリーハツ
トの様な形状の円錐形部材（スクリーン）が、ル１．ツ
ボの底に支持された足の上に設けられている＠この部材
の円錐角度は１５０°である＠これらの足の高さは２■
である。このスクリーンの直径は２６ｉａｍである。従
ってルツボの内壁とこの円錐形部材との間にｔＪ：　１
　ｔｎｍの自由環状を間が存在する。このルツボに０．
２〜３．５１１の粒子径を有するベルヌーイサファイヤ
の粉砕片を供給し、次いでこのルツボを２０７０°Ｃ〜
２２００°Ｃ（アルミナαの融点＝　２０５０”Ｃ）の
温度に加熱する。この加熱には５０　ＫＨｚで作動し且
つ２５　ＫＷの一定の出力を与える舖導コイルを有する
高周波発生器を使用する。

粉砕ベルヌーイサファイヤを溶融し、円錐形部材とルツ
ボの底部との空間および毛管ダイを満し、セして液滴を
形成させ該液滴を毛管の下部から懸吊させる＠溶融アル
ミナの薄い層（０，１鰭厚）も円錐形部材の表面に形成
される０ルツボと毛管ダクト中に存在する液体アルミナ
の量は約２　ｃｍ５　　程度である。

液滴が毛管ダクトの下方部に形成させた後、この液滴を
予め配置されているｌＸ１５惰ｉ＋の寸法の薄いフレー
ク状の単結晶サファイヤ（結晶核として作用する）と接
触させ、また液滴がこの核に接着したときこの核を３０
　ｃｍ／時の速度で下方に引張る。

同時にルツボにはアルミナが１８ｖ／時の平均速度で供
給される。２０分間引抜き後、薄いフレーク状のザファ
イヤが得られる。このフレーク状サファイヤは約ｌＸ１
５ｍｍの矩形の断面と１００１の長さを鳴しでおりかつ
比較的平らな表面を鳴しているＯＸ線回折で測定すると
、このフレークは単結晶であり核の結晶学的配向を保持
している。肉眼による観察では気泡や不十分な溶融部分
は認められない。得られた結晶は全体的に透明である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による内部スクリーンを有する改良され
たルツボの断面図を示している。 １・・・底　２・・・孔　３，３′・・・円錐状スクリ
ーン４．４′・・・孔　　６・・・毛管スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋　　ハンギングドロップ法として知られている方
   法に従って所定の形状の単結晶を連続的に製造しかつグ
   ラファイト基体上に薄いフィルム状の結晶珪素を析出さ
   せるのに使用するに適するルツボであって、しかもその
   低部に下記のごとき毛管オリフィス、すなわち、所定・
   の温度および圧力で単結晶を製造しあるいは析出したフ
   ィルムを形成させるのに使用する溶融原料が毛管内で保
   持されている高さより高いかあるいはこれと等しい高さ
   をイ】す゛る毛管オリフィスを１個またはそれ以上有す
   るルツボにおいて、上記ルツボの底が、該ルツボの底に
   設けられた足で支持されている円錐状スクリーンで覆わ
   れていることを特徴とするルツボ。 （２１円錐状スクリーンがその上部において１〜３１Ｉ
   １１の２〜゛１０個の孔で貫通されている特許請求の範
   囲第（１）項に記載のルツボ◎