JPS60226495A - 六硼化ランタン単結晶の育成方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、回転楕円内面鏡で赤外線を集光させる浮遊帯
溶融法を用いて結晶を育成する分野に係り、特にＬａＢ
６単結晶を育成するときに、大形で転位の少ない単結晶
を育成させるに好適な方法に関する。

〔発明の背景〕

大礫化ランタン（ＬａＢ６）で代表される硼化物は仕事
関数が低く、融点が高く、かつ高温での蒸気圧が低いな
どの特徴があり、輝度の高い電子線源材料として用いら
れている。

従来、ＬａＢ６単結晶の育成法としては、金属フラック
ス法、気相成長法、浮遊帯溶融法などが知られているが
高品質、大形の結晶育成には一般に浮遊帯溶融法が適切
である。その加熱源としては通常、高周波加熱（特公昭
５８−５２９５８　）が用いられている。しかしながら
高周波誘導加熱では溶融した浮遊帯にうず電流による浮
揚力が強く働き、その影響で溶融帯の吹き上げが生じて
、溶融帯の形状が大きく変化する現象がある。そのため
、溶融帯を安定に保持することが著しく困難となる他に
、溶融帯の形状が加熱時間とともに変化するため、熱応
力により結晶に欠陥が入りやすいなどなどの問題があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、これらの欠点を解決することを目的と
するもので、ＬａＢ６単結晶を浮遊帯溶融法によって育
成するに際し、回転楕円内面鏡で赤外線を集光させる装
置を用いることによって、大形で転位密度が低い高品質
な単結晶を提供するものである。

〔発明の概要〕 本発明は、回転楕円内面鏡で赤外線を集光させる装置を
用いて溶解するため、ＬａＢ、が２６００℃の高融点で
あるにもかかわらず、溶融帯を安定に保持できることに
特長がある。これは高周波加熱装置などでみられる浮揚
力の影響を受けることなく安定に結晶育成でき、結晶育
成時の溶融部の直径と長さの比率を望ましい０．８から
２．０の値にすることができるためである。

回転楕円内面鏡で赤外線を集光させる装置でＬａＢ、単
結晶を育成するためには次に述べる事項を配慮すること
が必要である。

育成雰囲気を保持するために通常、石英管が設けられて
いるが、ＬａＢ６は融点が２６００℃と高温であるため
、育成中石英管が輻射熱で変形する問題がある。この変
形を防ぐ目的で石英管の内径を大きくすると１石英管壁
が低温になるためＬａＢ、の蒸発物が石英管の内壁に付
着し、赤外線の透過率が変化する。その結果、育成中結
晶の直径が変動する問題が起こる。これに対しては。

石英管の替りに耐熱性の優れたサファイア管を用いるこ
とや、浮遊帯近傍の石英管部を球状に広げることで上記
欠点をなくすことを見い出した。石英管の球状部の直径
は３５＋ｎｍ以下では変形が起こり、５５ｍｍ以上では
内壁に蒸発物が付着した。

次に原料棒および種結晶を固定するための材料について
説明する。ＬａＢ、は融点が高く、熱伝導が大きいため
、原料棒および種結晶を固定するための材料は耐熱性に
優け、かつＬａＢ６との反応が生じない材料が必要であ
る。本発明では、これらの条件を満たす材料としてＲｅ
、Ｔａ、Ｗ。

Ｍｏ、Ｃを用いれば昇温に伴う溶断１反応が防げること
を明らかにした。

また白金族の線材を用いる場合には、原料棒を固定する
位置を溶融部分から４０Ｍ以上離すと溶断することなく
原料棒を固定できることを明らかにした。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ 結晶育成に用いるＬａＢ６の原料棒はＬａＢ６粉末を１
ｔｏｎ／ｃ＋＃のプレス圧で直径１０＋ｎｍ、長さ１０
０ＩＩｉ１１の丸棒に成型し、アルゴン雰囲気中で温度
２２００℃、３時間焼成して作製した。

赤外線を用いた育成炉の構造を第１図に示す。

原料棒６は直径０．２ｍｎのＲｅ線４で上部に設けであ
る原料棒移動シャフト７からつり下げた。下方のシャフ
トには種結晶５をセラミックスのホルダーにＲｅ線で固
定した。

育成条件としては、原料棒と種結晶を５　ｍｍ　／　ｈ
で下に移動しながら、原料棒と種結晶を同一方向に１Ｏ
ｒｐｍで回転した。育成中の雰囲気はアルゴンで行なっ
た。雰囲気ガス制御用の円筒状容器は内径３５ｎｎ＋の
サファイア管３を用いた。この条件下で直径８ｍｌの単
結晶を育成した。育成時、溶融帯には高周波加熱時に認
められる浮揚力は全く観察されなかった。

育成した結晶の転位密度をエツチング法で調べた結果、
約１．０Ｘ１０’個／　ｃｌであり、従来の高周波加熱
の１．２Ｘ１０’個／　ｃｎｆの値により約１桁以上、
転位密度の少ない良質な単結晶が得られた。また雰囲気
ガス制御用の円筒状容器にサファイア管を用いたために
、容器の変形はみられなかった。

ＬａＢ、の原料棒は溶融すると、１０ｍから８閣まで収
縮した。ここで溶融帯の長さを６ｍ以下にして結晶育成
すると、凝固後、原料棒の中心部に未溶解の芯部が存在
していた。また溶融帯の長さを２０ｍ＋＋ｗ以上にしよ
うとすると、溶融帯の下部が重力でだれてしまい、安定
な溶融帯を形成することができないことが分った。

以上の結果から、赤外線加熱で安定な結晶育成を行うた
めには、溶融帯の直径と長さの比率を０．８から２．０
の範囲内とすることが好適である。

実施例２ 実施例１の育成条件を用いて、雰囲気ガス制御用の円筒
状容器にサファイアのかわりに内径３５■の透明石英管
を用いて育成したところ、育成中に石英管が変形および
失透したために、赤外線の透過が悪くなり溶融帯が固化
し育成が続けられなかった。

変形を防ぐ目的で石英管の内径を５５ｍと大きくして育
成した結果、石英管の温度が低温となり、石英管の内壁
に蒸発物が付着し、赤外線の透過が悪くなり原料棒を溶
融することが困難となり同じく育成を続けることができ
なかった。そこで石英管の形状について検討した結果、
第２図に示すように内径３５＋＋ｗｅの石英管を用いて
溶融帯部分のみを内径５０Ｗｎの広がりを持つ球状とし
た球状石英容器８を用いると、変形および蒸発物の付着
が無い状態で育成できた。

実施例３ 実施例１の２条件で、原料棒のつり下げおよび種結晶を
固定するＲｅ線のかわりにＴａ、Ｗ、Ｍｏ。

Ｃ線を用いて育成した結果、溶断することなくＲｅ線と
同じ効果があることが分った。

実施例４ 実施例１の育成条件で、原料棒のつり下げおよび種結晶
を固定するＲｅ線のかわりに白金線を用いて育成を行な
った。白金線を用いる場合には。

白金線で原料棒のつり下げおよび種結晶を固定する位置
と溶融帯の距離が重要であることが分った。

上記の距離を３５ｍにした場合には、育成中に白金線が
溶断し原料棒が落下した。つぎに４２ｍｍと長くした場
合には白金線が溶断することなく育成できた。

これは白金のみならずＰｄ、Ｒｈなどの白金族の金属線
すべてに共通して観察された。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、溶融帯の安定化が
なされたので、大形化でしかも高品質なＬａＢ６単結晶
を育成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様を示す装置の赤外集光部
の縦断面図、第２図は１石英容器の一例を示す断面図で
ある。 ｌ・・・回転楕円内面鏡、２・・・キセノンランプ、３
・・・サファイア管、４・・・Ｒｅ線、５・・・種結晶
、６・・・原料棒、７・・・原料棒移動シャフト、８・
・・球状石英容器。 １１ｔ　図 こり ＷＺ　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】、大礫化ランタン焼結体（ＬａＢ、）を浮遊帯溶融法
   で結晶化させる方法において、回転楕円内面鏡で赤外線
   を集光させる装置を用いて結晶育成し、溶融部の直径と
   長さの比率を０．８　から２．０　とすることを特徴と
   する大礫化ランタン単結晶の育成方法。 ２、ＬａＢ６試料の外周上に雰囲気ガス制御用の円筒状
   容器を設け、その容器にサファイアからなる材質を用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の大礫化
   ランタン単結晶の育成方法。 ３、雰囲気ガス制御用の円筒状容器が、浮遊帯近傍の部
   分で球状の広がりを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の大礫化ランタン単結晶の育成方法。 ４、原料棒および種結晶をＲｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ。 Ｃの線で固定およびつり下げることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の大礫化ランタン単結晶の育成方法
   。 ５、原料棒に長さが４０＋ｎｍ以上のものを用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の大礫化ランタ
   ン単結晶の育成方法。