JPS6086091A - 浮遊帯域溶融装置 - Google Patents

浮遊帯域溶融装置

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JPS6086091A
JPS6086091A JP19467283A JP19467283A JPS6086091A JP S6086091 A JPS6086091 A JP S6086091A JP 19467283 A JP19467283 A JP 19467283A JP 19467283 A JP19467283 A JP 19467283A JP S6086091 A JPS6086091 A JP S6086091A
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melting
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JP19467283A
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JPS6339555B2 (ja
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Isamu Shindo
勇 進藤
Hajime Hatano
甫 羽田野
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National Institute for Research in Inorganic Material
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National Institute for Research in Inorganic Material
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28Controlling or regulating
    • C30B13/30Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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】 本発明は浮遊帯域溶融法によって単結晶育成もしくは相
平衡研究を行う装置に関する。
従来、融体から同相を析出させる単結晶育成を行うのに
浮遊帯域溶融法が優れているとされている。しかるに従
来の浮遊帯域溶融装置は、原料棒の先端と種子棒の先端
とを溶融接触させて支持ホルダーで垂直に保持回転させ
、その接触部の周囲を加熱体で加熱するように構成され
ている。すなわち、原料棒と種子棒とが垂直に位置して
いるため、融体の保持が容易であるが、一方融体内の成
分が重力の影響を受け組成分布が変化を生じ均一組成の
結晶体の育成が困難となシ、それだけその使用も限定さ
れる欠点がある。他方、原料棒と種子棒とを水平に位置
させ帯域溶融を行う装置は従来から知られているが、こ
れら社、通常融体をガラス等の容器中に形成させる必要
があり、したがつて、容器との反応、使用温度の制限等
の欠点があった。
本発明はこれらの欠点を解消せんとするものであり、そ
の目的は溶融体の成分分布に重力の影響が少なく、任意
の温度条件、任意の雰囲気下で任意の組成の溶融体から
、均質組成の結晶体の育成が可能な浮遊帯域溶融装置を
提供するにある。
また本発明の他の目的は、酸化側から還元側まで、各種
の雰囲気下において、著しい高温下で、任意の系の相平
衡を究明し得られる浮遊帯域溶融装置を提供するにある
本発明者らは従来の欠点をなくすべく、さきに、原料棒
の先端と種子棒の先端とを溶融接触させて画体の他端を
支持ホルダーで支持、回転させ、その接触部の周囲に加
熱体を設けてなる浮遊帯域溶融装置において、原料棒と
種子棒とを水平に保持すると共に、溶融接触部の上下に
、超音波発生器および超音波反射板を導音波管を介して
それぞれ対向して設けた浮遊帯域溶融装置を発明した。
しかし、この装置によると、溶融接触部の温度とそとか
ら離れた部位の温度差が大きいために音速に変化が生じ
、安定した音圧分布が得られず、溶融域の保持が難しい
問題点があった。
即ち、音圧の強さは導音波管内に形成されるベッセルモ
ードの音圧分布関数2πfR/co(T) (式中、f
は周波数、Rは管の半径、Coは気体中の音速を表わす
)Kよって大きく支配される。
この式から判るように、ベッセルモードは気体中の音速
Oo(T)によって大きく変化し、一定のベッセルモー
ドを得るためには、一定の音速が必要である。
しかるに、実際の浮遊帯域装置においては、溶融接触部
の温度が他の部分の温度より高くなるように設計されて
いる。この様子を第1図に示す。
第1図は集光加熱式の浮遊帯域溶融装置における溶融接
触部近傍の温度分布等を模式的に示したものである。第
1図(a>は導音波管q内の中心部にランプ1の光を反
射鏡2によシ集光してこの部分の温度を高め、この位置
に原料棒5及び種子棒6の先端部が設けられることによ
り加熱され溶融域7が形成される様子を示している。こ
の第1図(a)から直ちに理解されるように、導音波管
3内の温度は第1図■)にその分布状態が模式的に示さ
れている通り、原料棒5及び種子棒6の溶融接触部即ち
溶融域7の位置で最も高く、ここから離れるに従って急
激に低下している。
一方気体中の音速は温度によって変化し、温度が高い程
音速は速くなる。この様子を第1図(C)に示す。従っ
て、同じ径の円筒管からなる導音波管を使用すると、管
内のベッセルモードを支配するパラメータ2πfu/c
o(T)は、温度変化に伴って変化し、第1図(ωに示
すような分布を示す。
ここで、ベッセルモードを支配するパラメーター2πf
R/Go (T)と音圧の位相分布Oz/Coとの間に
は、第2図に示すような関係があるから、第1図(d)
に示されるようなパラメーターの分布状態ではn次モー
ドからn+1次モードへの不連続な転移が生じ、音圧の
位相分布は極めて不安定となり、安定な溶融域の保持が
内盤となる。
本発明は前記のような欠点をなくすべくなされたもので
、その目的は、溶融域を安定に保持し、均一組成の結晶
体の育成を容易に行うことができ、また相平衡の正確な
ものを知り得る浮遊帯域溶融装置を提供するにある。
本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結果、導音波
管の低温部を加熱して、導音波管内の温度勾配をゆるや
かに1.たところ、ベッセルモード転移の発生を抑止し
、安定な溶融域の形成・保持が容易であることを見出し
た。原理的には導音波管内の温度は安定な音圧を得るた
めには、ゆるやかである程よく、最も好ましいのは均一
な温度を保つことである。しかし、このように均一に温
度を保った状態では、局部加熱によってのみ形成される
浮遊帯域が形成されず、溶融域が不必要に長くなり不都
合が生ずる。従って、導音波管内の温度勾配は、ベッセ
ルモードがモード転移を生じない程度の範囲、即ち、 Xnく2πfR/C0(T)<Xn+、(ただし、Xは
モードの転移点を表わす。) の範囲にすることがよい。しかるに、モードの次数につ
いても優劣が認められる。
第3図は第2図の各範囲1m、■、及び■の各領域で導
音波管内に形成される音圧分布を示すものである。そし
て第2図の領域Iの範囲はモードの形態が零次モードの
領域であり、この領域においては、第3図(a)に示す
ように1導音波管内において中心から径方向に関しては
音圧は全く変化しな−)。従って、融帯を一定の場所に
保持するにれ−し・ら分るように、モードの次数が高く
なる程音圧分布は複雑となシ、融帯の保持には適しなく
なる。
第4図は、導音波管の外周を外部から加熱した場合の導
音波管内の温度分布、音速分布及びベッセルモードを支
配するパラメーターの分布の概念図を示す。第4図(a
)は導音波管の断面図、第4図(b)は導音波管内を流
れる気体の温度分布図、第4図(c)は音速、第4図(
d)はベッセルモードを支配するパラメーター2πfR
/Co(T)の分布図である。
以上のことから、導音波管の周囲に加熱帯を設け、導音
波管内の温度勾配をなくシ、音速の変化をなくすると共
に、好ましくは零次モードとなるようにすると、安定に
溶融域が形成され、溶融帯の保持も極めて容易であるこ
とが分った。この知見に基いて本発明を完成した。
本発明の要旨は、原料棒の先端と種子棒の先端を溶融、
接触させて両枠の他端を支持ホルダーで支持回転させ、
その接触部の周囲に加熱体を設けてなり、原料棒と種子
棒とを水平に保持すると共に、溶融接触部の上下に超音
波発生器と超音波反射板を導音波管を介してそれぞれ対
向して設けた浮遊帯域溶融装置において、導音波管の周
囲に加熱帯を設けて、導音波管内の温度勾配をゆるやか
にしたことを特徴とする浮遊帯域溶融装置にある。
本発明の装置の実施態様を図面に基いて説明する。第5
図(a)は本発明の浮遊帯域溶融装置の一実施例を示す
楕円球の長軸を含む垂直断面図であシ、第5図(b)は
短軸を含む垂直断面図である。図中、1は加熱体ランプ
、2は反射鏡、3は超音波発生器、4は超音波反射板、
5は原料棒、6は種子棒、7は溶融体、8は支持ホルダ
ー、9は石英管を示す。
加熱は加熱体ランプ1の電圧を上昇させることによって
行われる。加熱体ランプ1としては、例1fハロゲンラ
ンプ、クセノンランプ等を用い、加熱方式としては試料
の局所のみを加熱し得る集すな双楕円鏡を用いるのが好
ましいが、単楕円鏡。
四楕円鏡もしくは楕円面リング鏡を用いてもよい。
またはこの反射鏡に代えレンズを用いて集光させてもよ
い。この加熱により原料棒5は溶融されるので種子@6
と接合し、浮遊帯域が形成される。
原料棒5および種子棒6の他端は支持ホルダー8に保持
され、支持ホルダー8は外部からそれぞれ回転、移動が
できるように設計されている。
浮遊帯域が形成されたとき、超音波発生器3より超音波
を発生させ、この音圧による浮力を浮遊帯域に与える。
この間原料棒5および種子棒6には回転が与えられ、咬
だ間隔も調整される。また超音波は超音波反射板4によ
って反射される。これらの音圧変化を調整することによ
って浮力が与えられ、溶融体7の落下が防止される。こ
の超音波発生器3と超音波反射板4は図示の位置を上、
させておく。加熱溶融状態が安定になったとき、単結晶
育成の場合には、原料棒5および種子棒6を同時に種子
枠側に移動させ、原料棒の溶解9種子棒上への単結晶の
育成を行なわせる。原料棒と種子棒は図示の位置を反対
に設けても差支えない。
また相平衡研究の場合には、加熱体ランプに供給されて
いる電圧を徐々に下げながら同時に原料棒5と種子ws
6も徐々に左右に切り離される。
本装置を用いて、融点1600℃の酸化物混合体の溶融
実験を行ったところ、加熱帯10の温度は1000℃附
近で安定な溶融域が形成された。
本発明の浮遊帯域溶融装置によると、従来の装置と異な
り、原料棒と種子棒とが水平に保持され、溶融体は容器
に触れること々く、原料棒と種子棒によって保持され、
かつ溶融体は超音波による浮力が与えられる。しかも超
音波発生器とこれに対向して設けた超音波反射板を介す
る導音波管の周方による成分変化等がなく、均一組成の
結晶体組成のものが容易に育成し得られる。まだ相平衡
の正確なものが知り得られる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は導音波管内の溶融部を形成する模式図で
、第1図(b)は導音波管内の温度分布図、第1図(0
)は温度と音速の関数図、第1図(b)はベッセルモー
ドを支配するパラメータの分布図を示す。 第2図は位相速度とベッセルモードを支配するパラメー
ターとの関係を示す図、第3図は第2図の1.II、I
及び■の各領域で導音波管内に形成される音圧分布を示
す図で、第3図(a)は零次モード、第3図(b) 、
 (c) 、 (d)はそれぞれ1次、1次、■次モー
ドにおけるものである。 第4図は導音波管の周囲を外部から加熱し、導音波管内
の温度勾配をゆるやかにした時の音速分布とベッセルモ
ードを支配するパラメーターの分布図で、第4図(a)
は導音波管の断面図、第4図(b)は該導音波管内を流
れる気体の温度分布図、第4図(C)は該導音波管内の
気体の無限媒質における音速図、第4図(d)は該導音
波管内のベッセルモードを支配するパラメーターの分布
図、第5図は本発明の浮遊帯域溶融装置の一実施態様の
切断平面図であり、第5図(a)は楕円球の長軸を含む
垂直断面図であり、第5図(b)は楕円球の短軸を含む
垂直断面図である。 1:加熱体ランプ、2:反射鏡、 3:超音波発生器、 4:超音波反射板、5:原料棒、
 6:種子棒・ 7:溶融体、 8:支持ホルダー、 9:石英管(導音波管)、10:加熱ヒーター。 特許出願人 科学技@ilず無機材質研究所長後 藤 
優 第3図 准塊’I”ffE線 /C) 第4図 チE 笥′L 第5図 a。 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 原料棒の先端と種子棒の先端を溶融、接触させて
    両欅の他端を支持ホルダーで支持回転させ、その接触部
    の周囲に加熱体を設けてなり、原料棒と種子棒とを水平
    に保持すると共に、溶融接触部の上下に超音波発生器と
    超音波反射板を導音波管を介してそれぞれ対向して設け
    た浮遊帯域溶融装置において、導音波管の周囲に加熱帯
    を設けて、導音波管内の温度勾配をゆるやかにしたこと
    を特徴とする浮遊帯域溶融装置。 2、 導音波管内に形成される定在波音場のベッセルモ
    ードが零次モードと々るよう、超音波周波数、導音波管
    内径を調和させたものからなる特許請求の範囲第1項記
    載の浮遊帯域溶融装置。 3、 加熱体の熱源がハロゲンまたはクセノンランプで
    あり、これを反射鏡で集光させたものである特許請求の
    範囲第1項記載の浮遊帯域溶融装置。
JP19467283A 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置 Granted JPS6086091A (ja)

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JP19467283A JPS6086091A (ja) 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置

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JPS6086091A true JPS6086091A (ja) 1985-05-15
JPS6339555B2 JPS6339555B2 (ja) 1988-08-05

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5038395A (en) * 1988-03-05 1991-08-06 Dornier Gmbh Reflector furnace
JP2007109496A (ja) * 2005-10-13 2007-04-26 Sanken Electric Co Ltd 誘導加熱装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5792593A (en) * 1980-11-25 1982-06-09 Natl Inst For Res In Inorg Mater Melter in floating zone process

Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US5038395A (en) * 1988-03-05 1991-08-06 Dornier Gmbh Reflector furnace
JP2007109496A (ja) * 2005-10-13 2007-04-26 Sanken Electric Co Ltd 誘導加熱装置

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