JPWO2016174947A1 - シリコン材料からなる光学部材及びそれを有する光学機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は赤外線を透過させるためのシリコン材料からなる光学部材及びそれを有する光学機器に関する。
[1]酸素濃度が1.0×1017atom/cm3以下であり、炭素を1.0×1016〜8.0×1018atom/cm3の濃度で含有するシリコン材料からなる、赤外線を透過させるための光学部材。
[2]上記シリコン材料は、さらに、ホウ素を1.0×1014〜1.0×1018atom/cm3の濃度で含有する[1]の光学部材。
[3]上記シリコン材料は、波長9μmの赤外線の透過率が44%以上であり、ヌープ硬度が1190kg/mm2以上である、[1]又は[2]の光学部材。
[4]赤外線の光路に設置された[1]〜[3]の光学部材を有する光学機器。
真空中で高純度窒化ホウ素ルツボ(内径170mmφ)中、塊状シリコン多結晶2000gに後記所定量のカーボン粉末を添加し、温度1550℃で融解させることにより、シリコン融液を得た。得られたシリコン融液を1400℃にして、そこにシリコン種結晶を接触させることにより、種子付けさせた。その後、まず、シリコン種子結晶を2回転/分の回転速度、1.5mm/分の引上速度で引き上げて、シリコン種子結晶と同じ太さのシリコン結晶をシリコン融液から約40mmの長さに成長させた。引き続き、20回転/分の回転速度、1.0mm/分の引上速度でシリコン結晶(直径70mmφ×100mm)を成長させた。このようにしてシリコン結晶のインゴットを得た。
実施例1:0.2×10−2g 実施例2:1.4×10−2g
実施例3:2.4×10−2g 実施例4:3.0×10−2g
比較例1:0.5×10−3g 比較例2:3.4×10−2g
比較例3:0(無添加)
真空中で高純度窒化ホウ素ルツボ(内径170mmφ)中、塊状シリコン多結晶2000gにボロンを0.149g加え、温度1550℃で融解させることにより、シリコン融液を得た。得られたシリコン融液を1400℃にして、そこにシリコン種結晶を接触させることにより、種子付けさせた。その後、まず、シリコン種子結晶を2回転/分の回転速度、1.5mm/分の引上速度で引き上げて、シリコン種子結晶と同じ太さのシリコン結晶をシリコン融液から約40mmの長さに成長させた。引き続き、20回転/分の回転速度、1.0mm/分の引上速度でシリコン結晶(直径70mmφ×100mm)を成長させた。このようにしてシリコン結晶のインゴットを得た。得られたインゴットをワイヤーソーでサンプルウェーハを切り出し、ウェーハ面内のボロン濃度をグロー放電質量分析装置(VG Elemental社製、VG−9000)で測定したところ100ppmであった。このようにして、のボロン含有(100ppm)シリコン単結晶を得た。
実施例5:6.1×10−2g 実施例6:1.8×10−1g
実施例7:6.1g
真空中で石英ルツボ(内径170mmφ)中、塊状シリコン多結晶2000gに2.4×10−2gのカーボン粉末を添加し、温度1550℃で融解させることにより、シリコン融液を得た。得られたシリコン融液を1400℃にして、そこにシリコン種結晶を接触させることにより、種子付けさせた。その後、まず、シリコン種子結晶を2回転/分の回転速度、1.5mm/分の引上速度で引き上げて、シリコン種子結晶と同じ太さのシリコン結晶をシリコン融液から約40mmの長さに成長させた。引き続き、20回転/分の回転速度、1.0mm/分の引上速度でシリコン結晶(直径70mmφ×100mm)を成長させた。このようにしてシリコン結晶のインゴットを得た。
各実施例・比較例のインゴットからワイヤーソーでサンプルウェーハを切り出し、ウェーハ面内の酸素濃度、炭素濃度及びボロン濃度をSIMS(CAMECA社製)で測定した。
ヌープ硬度は、微小硬度計(松澤精機製、MXT50)を用いて温度25℃、湿度50%の条件下で測定を行なった。具体的には、各実施例・比較例のインゴットからワイヤーソーでサンプルウェーハを切り出し、サンプルウェーハの表面に荷重100gの圧子を15秒押圧し、圧痕の対角線の長さを測定し、その長さに基づいてヌープ硬度を算出した。
各実施例・比較例のインゴットからワイヤーソーでサンプルウェーハを切り出し、算術平均粗さRaが1nm以下、厚みが1mmになるよう表面を研磨し、FT−IR装置を用いて、FT−IR(フーリエ変換型赤外吸収)法によりウェーハ中心を波長9μmにて測定した。
C1は酸素濃度(1016atom/cm3)であり、
C2は炭素濃度(1016atom/cm3)であり、
C3はボロン濃度(1014atom/cm3)であり、
Nはヌープ硬度(kg/mm2)であり、
Tは透過率(%)である。
C1 C2 C3 N T
実施例1 5 2 0 1192 45
実施例2 7 20 0 1195 45
実施例3 5 300 0 1202 45
実施例4 5 800 0 1220 45
実施例5 5 300 1.6 1231 47
実施例6 7 310 3.8 1234 48
実施例7 5 300 160 1231 47
比較例1 7 0.8 0 1150 43
比較例2 5 1000 0 1218 41
比較例3 5 0 0 1118 43
比較例4 100 20 0 1160 34
Claims (8)
- 酸素濃度が1.0×1017atom/cm3以下であり、炭素を1.0×1016〜8.0×1018atom/cm3の濃度で含有するシリコン材料からなる、赤外線を透過させるための光学部材。
- 上記シリコン材料は、さらに、ホウ素を1.0×1014〜1.0×1018atom/cm3の濃度で含有する請求項1記載の光学部材。
- 上記シリコン材料は、波長9μmの赤外線の透過率が44%以上であり、ヌープ硬度が1190kg/mm2以上である、請求項1記載の光学部材。
- 上記シリコン材料は、波長9μmの赤外線の透過率が44%以上であり、ヌープ硬度が1190kg/mm2以上である、請求項2記載の光学部材。
- 赤外線の光路に設置された請求項1記載の光学部材を有する光学機器。
- 上記シリコン材料は、さらに、ホウ素を1.0×1014〜1.0×1018atom/cm3の濃度で含有する請求項5記載の光学機器。
- 上記シリコン材料は、波長9μmの赤外線の透過率が44%以上であり、ヌープ硬度が1190kg/mm2以上である、請求項5記載の光学機器。
- 上記シリコン材料は、波長9μmの赤外線の透過率が44%以上であり、ヌープ硬度が1190kg/mm2以上である、請求項6記載の光学機器。
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