JPS6357397B2 - - Google Patents

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JPS6357397B2
JPS6357397B2 JP58194671A JP19467183A JPS6357397B2 JP S6357397 B2 JPS6357397 B2 JP S6357397B2 JP 58194671 A JP58194671 A JP 58194671A JP 19467183 A JP19467183 A JP 19467183A JP S6357397 B2 JPS6357397 B2 JP S6357397B2
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JP
Japan
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raw material
melting
floating zone
rod
material rod
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JP58194671A
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English (en)
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JPS6086090A (ja
Inventor
Isamu Shindo
Hajime Hatano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
Original Assignee
KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
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Publication date
Application filed by KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO filed Critical KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
Priority to JP19467183A priority Critical patent/JPS6086090A/ja
Publication of JPS6086090A publication Critical patent/JPS6086090A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28—Controlling or regulating
    • C30B13/30—Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は浮遊帯域溶融法によつて単結晶育成も
しくは相平衡研究を行う装置に関する。
従来、融体から固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り、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、これらは、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
あつた。
本発明はこれらの欠点を解消せんとするもので
あり、こ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、前記目的を達成すべく研究の結
果、さきに、原料棒の先端と種子棒の先端とを溶
融接触させて両棒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、
超音波発生器及び超音波反射板を導音波管を介し
て対向して設けた浮遊帯域溶融装置を発明した。
しかし、この装置は、溶融接触部の温度とそこ
から離れた部位の温度差が大きくなり、音速に変
化が生じ、安定した音圧分布が得られず、溶融接
触部の保持が難しい問題点があつた。
即ち、ベツセルモードの次数は、これを支配す
るパラメーター2πfR/Co(T)(ただし、fは周
波数、Rは管の半径、Coは気体中の音速を表わ
す。)によつて大きく支配される。
この式から判るように、ベツセルモードは気体
中の音速Co(T)によつて大きく変化し、一定の
ベツ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、実際の浮遊帯域溶融装置において
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9内の中心部に
ランプ1の光を反射鏡2により集光してこの部分
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b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
従つて急激い低下している。
一方気体中の音速は温度によつて変化し、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。従つて、同じ径の円筒管からなる導音波管
を使用すると、管内のベツセルモードを支配する
パラメータ2πfR/Co(T)は、温度変化に伴つて
変化し、第1図dに示すような分布を示す。
ここで、ベツセルモードを支配するパラメータ
2πfR/Co(T)と音圧の位相分布Cz/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困難となる。
本発明はこ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、導波管の内径を変化させ、管内の温度分布と
調和させると、モード転移の発生を防止し、安定
な音圧分布が得られ、溶融域を安定に保持し得ら
れることを知見した。
即ち、第3図に示すように、導音波管の内径を
位置によつて変化させ、最高温度位置において最
大直径となるように、中ぶくれ型とする。導音波
管内径の温度分布による変形は、ベツセルモード
を支配するパラメータ2πfR/Co(T)がモード転
位を生じない範囲、即ち第2図において、Xo<
2πfR/Co(T)<Xo+1となるような範囲であれば
よい。しかし、モードの次数について優劣が認め
られる。
第4図は第2図の各範囲、、、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4図aに示すように、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
しない。従つて、融帯を一定の場所に保持するに
は、このモードが最も適している。また、第4図
b〜dはそれぞれの次数のモード時の導音波管内
の音圧が径方向でどのように変るかを示す。これ
から分るように、モードの次数が高くなる程音圧
分布は複雑となり、融帯の保持には適しなくな
る。従つて、発振モードがこの零次モードとなる
ように、超音波周波数、導音波管径を調節する
と、最も安定な溶融域が形成され、且つその調節
も容易である。本発明はこれらの知見に基づいて
完成したものである。
本発明の要旨は、原料棒の先端と種子棒の先端
とを溶融、接触させて両棒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
けたものからなり、かつ、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とを導音波管を介して対向
して設けた浮遊帯域溶融装置において、断面が円
筒形からなる導音波管を用い、その導音波内径を
溶融・接触部を最大径とし、その両側端を小径と
した中ぶくれ型の形状と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
り、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
によつて行われる。加熱体ランプ1としては、例
えばハロゲンランプ、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
光型のものが好ましいが、他のレーザー、高周波
発振器または他の電気的加熱法であつてもよい。
加熱体ランプの光は反射鏡2により反射され中央
部に集光される。反射鏡2としては図面に示すよ
う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
されるので種子棒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、また間隔も調整される。また
超音波は超音波反射板4によつて反射される。こ
れらの音圧変化を調整することによつて浮力が与
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、
下反対に設けても差支えない。加熱溶融状態が安
定になつたとき、単結晶育成の場合には、原料棒
5および種子棒6を同時に種子棒側に移動させ、
原料棒の溶解、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、
加熱体ランプい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と種子棒6も徐々に左右に
切り離される。
本装置を用いて融点1600℃のイツトリウム鉄化
合物の溶融実験を行つたところ、周波数15kHz、
導音波管の両端の内径40mm、中心部の内径80mmの
とき、最も安定な溶融域が形成された。
本発明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両棒の他端を支
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、かつ、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
器及び超音波反射板を円筒形の導音波管を介して
それぞれ対向して設けた浮遊帯域溶融装置におい
て、導音波管内径を導音波管内の温度分布に沿つ
た形状に変化させたので、溶融接触部の温度とそ
こから離れた部位の温度差がなくなり、温度差に
起因する音速変化を補正でき、安定した音圧分布
が得られる。これにより溶融接触部の保持が安定
し、溶融組成が均一となり、均一組成の結晶体が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは円筒状の導音波管内の中心部に赤外
線ランプの光を集光させた場合の断面図で、第1
図b,c,及びdは、それぞれ該管内に形成され
る各位置における温度分布、各位置における音速
分布及びベツセルモードを支配するパラメーター
2πfR/Co(T)の分布図を示す。第2図は位相速
度とベツセルモードを支配するパラメーター
2πfR/Co(T)との関係図を示す。第3図aは導
音波管の中心部に赤外線ランプの光を集光させる
と共に該管内径を管内の温度勾配に沿つて変化さ
せた場合の断面図で、第3図b,c,及びdはそ
れぞれ該管内における流れる気体の温度分布、気
体の無限媒質における音速分布、及びベツセルモ
ードを支配するパラメーター2πfR/Co(T)の分
布図である。第4図は第2図における各範囲,
,及びの各領域で導音波管内に形成される
音圧分布を示し、第4図aは領域(零次モー
ド)、第4図bは領域(1次モード)、第3図c
は領域(2次モード)、第4図dは第領域
(3次モード)の音圧分布を示す。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:導音波
管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料棒の先端と種子棒の先端とを溶融、接触
    させて両棒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たものから
    なり、かつ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
    反射板とを導音波管を介して対向して設けた浮遊
    帯域溶融装置において、断面が円筒形からなる導
    音波管を用い、その導音波管内径を溶融・接触部
    を最大径とし、その両側端を小径とした中ぶくれ
    型の形状としたことを特徴とする浮遊帯域溶融装
    置。 2 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。
JP19467183A 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置 Granted JPS6086090A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19467183A JPS6086090A (ja) 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19467183A JPS6086090A (ja) 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6086090A JPS6086090A (ja) 1985-05-15
JPS6357397B2 true JPS6357397B2 (ja) 1988-11-11

Family

ID=16328364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19467183A Granted JPS6086090A (ja) 1983-10-18 1983-10-18 浮遊帯域溶融装置

Country Status (1)

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JP (1) JPS6086090A (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5815473B2 (ja) * 1980-11-25 1983-03-25 科学技術庁無機材質研究所長 浮遊帯域溶融装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6086090A (ja) 1985-05-15

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