KR20230107726A - 단결정 파이버 제조 장치 및 단결정 파이버 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 종래의 단결정 제조 장치에 있어서 필요해지고 있던 고정밀도의 제어성을 전혀 필요로 하지 않고, 또한 안정된 정상 상태를 장시간에 걸쳐 유지하는 것을 매우 용이하게 하고, 수백m 이상의 긴 단결정 파이버를 안정적으로 제조 가능하게 할 수 있는 단결정 파이버 제조 장치 및 단결정 파이버 제조 방법을 제공한다.
[해결수단] 챔버 안에 있어서 원료 막대의 상면에 레이저광을 조사해서 융액을 형성하고, 해당 융액에 종자 단결정을 침지하고 상방으로 인상하여, 단결정 파이버를 제조하는 단결정 파이버 제조 장치로서, 레이저광을 평행광으로서 조사하는 레이저 광원과, 종자 단결정을 유지한 상태에서 연직 방향으로 상하 이동 가능하게 구성된 인상 장치와, 레이저광을, 원료 막대의 상면에 수직으로 입사하도록 반사시키는 평면 반사경을 구비하고, 융액의 온도가, 도넛 형상 온도 분포가 되도록, 레이저광을 원료 막대의 상면에 조사하도록 구성한다.

Description

단결정 파이버 제조 장치 및 단결정 파이버 제조 방법
본 발명은 단결정 제조 장치 및 단결정 제조 방법에 관한 것으로, 특히 직경 수십㎛로 극세이며, 또한 길이가 적어도 수백m 이상, 바람직하게는 수km에 달하는 단결정 파이버 제조 장치 및 단결정 파이버 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 새로운 전자 기기의 개발, 전자 부품의 소형화, 고성능화 등을 실현하기 위해서, 고품질의 극세 단결정 파이버의 제조 방법의 개발이 진행되고 있다. 1980년대, 미국 스탠포드 대학을 중심으로 하여, 레이저광을 이용해서 직경 수십㎛의 단결정 파이버 제조 방법이 개발되고, 레이저 가열 페디스털법(LHPG(Laser Heated Pedestal Growth)법)이라고 명명되었다(비특허문헌 1 등). 그러나, 이 LHPG법은, 후술하는 바와 같이, 매우 고정밀도의 제어를 필요로 하는 방법이었기 때문에, 오늘까지 실용화에는 이르지 못하였다.
그래서, 보다 제어성을 높인 방법으로서, 도가니 등의 용기를 사용하여, 노즐로부터 원료 융액을 조금씩 흘려서 하방에서 고화시켜, 단결정 파이버를 제조하는 인하법이나 μ-PD법 등이 개발되었다.
그러나, 이들 용기를 사용하는 방법으로는, 재료에 따라서는 적당한 용기 재료가 보이지 않는 경우나, 용기로부터 원료 융액으로의 오염을 간과할 수 없어 실용화에 지장이 발생하는 경우 등이 다발하고 있다. 이 때문에, 용기를 사용할 필요가 없고, 고순도로 고품질의 단결정 파이버를 안정적이고, 또한 저렴하게 제조 가능한, 새로운 제조 방법의 개발이 요망되고 있다.
R.S. Feigelson, "Pulling optical fibers", Journal of Crystal Growth 79(1986) 669-680
도 5는 종래의 LHPG법을 사용한 단결정 파이버 제조 장치의 모식도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 단결정 파이버 제조 장치(100)에서는, 레이저 광원(102)으로부터 조사된 레이저광을, 포물면경(104)에 의해 원료 막대(106)의 상면(106a)에 집광시켜서 용융시키고, 얻어진 용액 안에 목적으로 하는 직경이 가는 종자 단결정(108)을 침지한 다음, 인상 장치(110)를 사용해서 상방으로 인상한다.
또한, 종자 단결정(108)으로 융액의 열이 빼앗겨서, 종자 단결정(108)에 접해 있는 융액이 고화하는 것으로 인상이 가능해진다. 이에 의해, 원하는 직경을 갖는 단결정 파이버(112)를 제조할 수 있다. 이때, 안정된 제조를 계속하기 위해서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제조하는 단결정 파이버(112)의 반경 rf와, 원료 막대(106)의 반경 Rs의 비를, 1:3 정도로 하는 것이 바람직하다고 보고되고 있다.
종래의 LHPG법에 의한 단결정 파이버 제조 장치(100)를 사용해서 단결정 파이버(112)를 제조하는 경우, 단결정 파이버(112)를 안정적으로 성장시키기 위해서는, 원료 막대의 융해, 고화에 관계되는 모든 제어 요인, 즉,
(1) 레이저광의 조사 강도
(2) 레이저광의 조사 분포
(3) 레이저광의 조사 위치
(4) 원료 막대 선단부의 수직 방향 위치
(5) 원료 막대 선단부의 수평면 내 위치
(6) 단결정 파이버의 인상에 연동시켜서, 원료 막대 선단부를 상방으로 이동시키는 이동 속도
(7) 단결정 파이버의 수평면 내 위치
(8) 단결정 파이버를 상방으로 인상하는 인상 속도
등의 모든 요인을 정확하게, 또한 정밀하게 제어 해야한다.
예를 들어, 직경 20㎛의 단결정 파이버를 제조하는 경우에는, 상술하는 위치의 제어 정밀도는, 적어도 ±2㎛, 바람직하게는 ±0.2㎛의 정밀도로 제어하는 것이 필요해지고 있다. 그러나, 이 요구를 충족시키는 것은 매우 곤란하며, 단결정 파이버 제조 장치의 가격을 고액으로 끌어올려버리는 요인이 되었다.
본 발명에서는, 이러한 현 상황을 감안하여, 종래의 LHPG법에 의한 단결정 파이버 제조 장치에 있어서 필요해지고 있던 상술하는 바와 같은 제어 요인에 대해서 고정밀도의 제어성을 전혀 필요로 하지 않고, 또한 안정된 정상 상태를 장시간에 걸쳐 유지하는 것을 매우 용이하게 하고, 수백m 이상의 긴 단결정 파이버를 안정적으로 제조 가능하게 할 수 있는 단결정 파이버 제조 장치 및 단결정 파이버 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술하는 바와 같은 종래 기술인 LHPG법에 있어서의 위치 제어를 매우 고정밀도로 제어할 필요성이 있다고 하는 과제를 해결하기 위해서 발명된 것으로서, 본 발명의 단결정 파이버 제조 장치는,
챔버 안에 있어서 원료 막대의 상면에 레이저광을 조사해서 융액을 형성하고, 해당 융액에 종자 단결정을 침지하고 상방으로 인상하여, 단결정 파이버를 제조하는 단결정 파이버 제조 장치이며,
상기 레이저광을 평행광으로서 조사하는 레이저 광원과,
상기 종자 단결정을 유지한 상태에서 연직 방향으로 상하 이동 가능하게 구성된 인상 장치와,
상기 레이저광을, 상기 원료 막대의 상면에 수직으로 입사하도록 반사시키는 평면 반사경을 구비하고,
상기 융액의 온도가, 도넛 형상 온도 분포가 되도록, 상기 레이저광을 상기 원료 막대의 상면에 조사하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 단결정 파이버 제조 장치에서는, 상기 레이저광이, 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원료 막대의 반경이, 제조하는 단결정 파이버의 반경의 10배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 제조하는 단결정 파이버의 반경이 100㎛ 이하인 경우, 상기 원료 막대의 반경은 2㎜ 내지 5㎜의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 챔버의 레이저광 도입창과 상기 평면 반사경을 수용하는 도광 기구를 더 구비할 수도 있다.
이 경우, 상기 도광 기구로부터, 상기 챔버 안에 분위기 가스를 도입하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 단결정 파이버의 수평면 내 위치를, 소정의 제한 범위 내로 제어하기 위한 위치 제어 수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 단결정 파이버 제조 방법은,
원료 막대의 상면에 평행광인 레이저광을 조사해서 융액을 형성하고, 해당 융액에 종자 단결정을 침지하고 상방으로 인상하여, 단결정 파이버를 제조하는 단결정 파이버 제조 방법이며,
상기 융액의 온도가, 도넛 형상 온도 분포가 되도록, 상기 레이저광을 상기 원료 막대의 상면에 조사하는 것을 특징으로 한다.
이러한 단결정 파이버 제조 방법에서는, 상기 레이저광이, 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광인 것이 바람직하다.
또한, 상기 원료 막대의 반경이, 제조하는 단결정 파이버의 반경의 10배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 제조하는 단결정 파이버의 반경이 100㎛ 이하인 경우, 상기 원료 막대의 반경은 2㎜ 내지 5㎜의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 단결정 파이버의 제조가 진행되고, 원료 막대가 소비되어도, 원료 막대 선단부의 수직 방향 위치의 변동은 얼마 안되며, 예를 들어 반경 3㎜의 원료 막대를 사용해서 반경 10㎛, 길이 100m의 단결정 파이버를 제조한 경우에도, 원료 막대가 소비되는 길이는 불과 1.1㎜ 정도에 지나지 않는다.
또한, 레이저광은 일정한 형상을 유지한 채, 상방으로부터 수직으로 원료 수직 상승면에 조사하고 있기 때문에, 원료 막대 선단부의 수직 방향 위치가 약간 낮아져도, 조사되는 레이저광의 형상, 강도는 일정하게 유지된다. 따라서, 단결정 파이버의 제조가 진행되어 원료 막대 선단부의 수직 방향 위치가 낮아졌다 하더라도, 원료 막대의 위치(원료 막대 선단부의 수직 방향 위치 및 수평면 내 위치)에 대해서 제어를 할 필요성이 발생하지 않고, 고정한 그대로 좋다.
이 때문에, 안정된 정상 상태를 장시간에 걸쳐 유지하는 것을 매우 용이하게 하고, 수백m 이상의 긴 단결정 파이버를 안정적으로 제조 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 단결정 파이버 제조 장치의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2는 레이저광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3은 위치 제어 수단의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 4는 융액의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래의 LHPG법을 사용한 단결정 파이버 제조 장치의 모식도이다.
도 6은 도 5에 도시한 단결정 파이버 제조 장치에 의해 단결정 파이버를 제조할 때의, 단결정 파이버의 반경과 원료 막대의 반경과의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태(실시예)를 도면에 기초하여, 불화 리튬 단결정 파이버의 제조를 예로, 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 단결정 파이버 제조 장치의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 단결정 파이버 제조 장치(10)는 레이저광을 조사하는 탄산 가스 레이저 광원(12)과, 레이저광을 최적의 직경과 도넛 형상 강도 분포로 정형하기 위한 광학계(13), 레이저광을 원료 막대(16)의 상면(16a)으로 조사하기 위해, 수평하게 입사하는 레이저광을 직각으로 반사시키는 평면 반사경(14)과, 종자 단결정(18)을, 원료 막대(16)의 상면(16a)을 융해해서 형성된 융액에 침지한 후, 상방으로 인상하여, 드럼에 권취하는 권취 장치(20)를 구비하고 있다.
또한, 원료 막대(16)나 종자 단결정(18) 등은, 챔버(26) 안에 배치되며, 챔버(26)에는, 대상 재료에 적합한 가스, 예를 들어 불화리튬 단결정 파이버 제조의 경우에는, 사불화메탄 등의 분위기 가스가 분위기 가스 도입 장치(30)에 의해 도입된다. 이 챔버(26) 안에 있어서, 단결정 파이버(22)의 제조가 행해진다.
또한, 챔버(26)에는 외부의 레이저 광원(12)으로부터 조사된 평행광인 레이저광을 챔버(26) 안에 도입하기 위한 레이저광 도입창(창(26a))이 마련되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 레이저 광원(12)은 광학계(13)를 개재함으로써, 도 2에 도시한 바와 같은 도넛 형상 강도 분포를 갖는 평행광인 레이저광을 조사 가능하게 구성된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 광학계(13)은, 빔 익스팬더(13a) 및 액시콘 렌즈(13b)를 포함한다.
또한, 평면 반사경(14)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 종자 단결정(18)을 둘러싸도록 배치되고, 레이저 광원(12)으로부터 수평하게 조사된 평행광인 레이저광을, 직각으로 반사시키고, 원료 막대(16)의 상면(16a)에 수직으로 입사하도록 마련된다.
권취 장치(20)는 종자 단결정(18)을, 예를 들어 직경 15㎛의 금선에 연결하고, 이 금선을 유지한 상태에서 종자 단결정(18)을 연직 방향으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있고, 레이저광의 조사에 의해 융해한 원료 막대(16)의 상면(16a)에 형성된 융액(원료 융액)에 종자 단결정을 침지한 후, 소정의 속도로 상방으로 인상함과 함께, 제조된 단결정 파이버(22)를 드럼에 권취하도록 구성된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 평면 반사경(14) 및 챔버(26)에 마련된 창(26a)이 도광 기구(24) 안에 수용되는 것이 바람직하다. 이와 같이 도광 기구(24) 안에 평면 반사경(14) 및 창(26a)을 배치하고, 분위기 가스를 도광 기구(24) 안에 도입함으로써, 융액(원료 융액)으로부터의 증발물의 부착에 의한 평면 반사경(14) 및 창(26a)의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 도광 기구(24)를 형성하는 재료는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 투명 석영이나 스테인리스 등을 사용해서 형성할 수 있다.
또한, 이와 같이 구성하는 경우, 챔버(26)의 창(26a) 근방에 마련한 분위기 가스 도입 장치(30)로부터 도입 구멍(24a)을 통해 도광 기구(24) 안에 분위기 가스를 도입하고, 원료 막대(16)의 융액으로부터 10㎜ 내지 20㎜ 정도 상방의 위치에서, 도광 기구(24)로부터 챔버(26) 안에 분위기 가스가 방출되도록 하는 것이 바람직하다.
챔버(26)에는, 원료 막대(16)의 융액의 측부 근방에 배출 구멍(24b)이 마련되고, 이 배출 구멍(24b)으로부터 챔버(26) 밖으로 분위기 가스를 배출하도록 구성한다. 이에 의해, 챔버(26) 안은, 제조하는 단결정 파이버(22)의 제조에 적합한 분위기 가스에 의해 충족된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제조된 단결정 파이버(22)의 수평면 내 위치의 흔들림을 억제하기 위해서, 위치 제어 수단(17)을 구비하고 있다. 위치 제어 수단(17)은, 단결정 파이버(22)의 수평면 내 위치의 흔들림을, 소정의 제한 범위 내로 제어하도록 구성된 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
위치 제어 수단(17)은, 예를 들어 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 원형 링(17a)이나, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같은 4개의 가는 실(17b)을 소정의 간격으로 직교하도록 배치함으로써 구성된다. 이러한 원형 링(17a)의 내측이나, 실(17b)로 둘러싸인 영역에, 단결정 파이버(22)를 통과시킴으로써, 단결정 파이버(22)의 흔들림을, 원형 링(17a)이나 실(17b)에 의해 억제할 수 있다.
또한, 직경 수십㎛ 정도의 단결정 파이버(22)를 제조하는 경우에는, 원형 링(17a)의 직경이나, 배치하는 실(17b)끼리의 간격은, 100㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 본 실시 형태의 단결정 파이버 제조 장치(10)에서는, 제조하고자 하는 단결정 파이버(22)의 반경의 10배 이상의 반경을 갖는 원료 막대(16)가 사용된다. 특히, 제조하고자 하는 단결정 파이버(22)의 반경이 100㎛ 이하인 경우, 원료 막대의 반경은, 2㎜ 내지 5㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이러한 원료 막대(16)의 상면(16a)에 레이저광을 조사함으로써, 원료 막대(16)의 조사 개소가 융해해서 액화한다. 또한, 레이저광의 외경은, 원료 막대(16)의 직경과 거의 동등하거나, 약간 큰 정도로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 레이저광의 외경을 최적화함으로써, 원료 막대(16)의 상면(16a) 전체면을 안정적으로 융해하여, 융액을 얻을 수 있다.
이때, 원료 막대(16)의 상면(16a)에 형성되는 융액의 온도 분포는, 도 4에 도시한 바와 같이, 외주부의 온도가 중심부보다 약간 높아진다(본 명세서에 있어서, 이러한 온도 분포를 「도넛 형상 온도 분포」라고 칭한다.). 이것은, 도 2에 도시한 바와 같은 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광을 조사하고 있기 때문에, 레이저광의 강도 분포는 중심부 근방에 비해 주변부가 강하다. 이 때문에, 원료 막대(16)의 상면(16a)에 레이저광을 조사해서 형성되는 융액(원료 융액)의 중심부 근방은, 레이저광의 조사량이 적고, 가열도 적어진다. 또한, 중심부 근방의 융액(원료 융액)은, 강도가 높은 레이저광의 조사를 받아 고온이 된 주변부의 융액으로부터, 열전도에 의해 가열되기 때문에, 그 온도는 주변부보다 낮게 되어 있다.
또한, 이와 같이 구성된 원료 막대(16) 상면의 중심부 근방의 융액 온도는, 레이저광의 조사 강도가 약간 변동하는 경우가 있어도, 그 영향을 저감할 수 있어, 안정적으로 원료 융액의 온도를 유지할 수 있다.
이 상태에서, 종자 단결정(18)을 원료 막대(16)의 융액에 부착시키면, 열전도에 의해 종자 단결정(18)에 열이 빼앗기기 때문에, 종자 단결정(18)에 접해 있는 융액이 고화하고, 인상하는 것이 가능해진다. 이때, 제조하는 단결정 파이버(22)의 직경보다 충분히 큰 직경의 원료 용액 안에, 제조된 단결정 파이버(22)는 침지되지만, 제조된 단결정 파이버(22)로의 열전도에 의해, 단결정 파이버(22)와 원료 융액과의 계면부의 온도는 낮아지기 때문에 단결정화가 계속되게 된다.
또한, 단결정 파이버(22)에 전해진 열은 주위로부터 방사열로서 발산되어, 단결정화가 계속된다. 이에 의해, 단결정 파이버(22)의 소재가, 열전도성이 높은 경우에는, 인상 속도를 고속화하는 것이 가능해져서, 열전도성이 낮은 소재라도, 직경이 가는 단결정 파이버(22)인 경우에는, 표면적의 비율이 높으므로, 표면으로부터의 열의 방사에 의해, 종래의 벌크 단결정 제조 방법, 예를 들어 산업용으로 다용되고 있는 인상법의 경우보다, 현격한 차이로 고속으로 인상하는 것이 가능하고, 저비용으로 고품질의 단결정 파이버(22)를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 이와 같이 융액의 온도가 도넛 형상 온도 분포로 되어 있는 경우, 종자 단결정(18)의 위치 정밀도가 정밀하지 않더라도, 원료 막대(16)의 융액에 접하는 부분의 온도는 거의 변함없기 때문에, 단결정의 성장에는 거의 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명에서는, 레이저광을 집광시키지 않고 평행광인 채로 원료 막대(16)의 상면(16a)에 수직으로 조사하고 있기 때문에, 단결정 파이버(22)의 제조가 진행되어, 원료 막대(16)가 소비되어 짧아졌다 하더라도, 원료 막대(16)의 반경이 단결정 파이버(22)의 반경과 비교해서 충분히 크기 때문에, 원료 막대(16)가 짧아지는 길이는 한정적이다. 이 때문에, 원료 막대(16)의 상면(16a)에 조사되는 레이저광의 강도는 항상 일정하며, 원료 막대(16)의 상면(16a)에 형성되는 융액의 양에는 변동이 없다. 이 때문에, 단결정 파이버(22)의 제조가 진행되어 가도, 원료 막대(16)의 소비에 의해 짧아지는 길이(변동량)가 20㎜ 정도까지이면, 원료 막대(16) 선단부의 수직 방향 위치를 바꿀 필요가 발생하지 않는다.
따라서, 본 발명의 단결정 파이버 제조 장치(10)에 의하면, 레이저광의 조사 위치나, 원료 막대 선단부의 수직 방향 위치 및 수평면 내 위치에 대해서 제어를 할 필요가 없고, 또한 레이저광의 조사 강도나 종자 단결정의 수평면 내 위치에 대해서도, 종래법인 LHPG법에 비해, 고정밀도의 제어성은 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명의 단결정 파이버 제조 장치(10)에 의하면, 단결정 재료로서, 분해 융해 물질이나 고용체 물질을 사용한 경우에도, 고정밀도의 제어성은 필요로 하지 않고, 또한 장시간 안정적으로 제조를 계속하는 것이 가능하다.
단결정 재료로서 분해 융해 물질이나 고용체 물질을 사용하는 경우, 융액이, 제조하는 단결정 파이버(22)의 조성의 고체가 평형 공존하는 액상(이하, 「용매」라고 칭한다.)의 조성으로 조정되어 있다. 이 경우, 일반적으로는, 용매의 융점은, 제조하는 단결정 파이버(22)의 재료의 융점보다 수십도 낮은 경우가 많다.
이러한 경우에도, 제조하는 단결정 파이버(22)의 반경에 대하여 충분히 큰 반경을 갖는 원료 막대(16), 즉 직경이 큰 용매로부터 단결정 파이버(22)를 제조하도록 함으로써, 가령 단결정 파이버(22)의 위치, 즉 종자 단결정(18)의 위치가 수십㎛ 정도 변동했다 하더라도, 용매의 온도는 거의 변동하지 않기 때문에, 단결정의 성장으로의 영향은 무시할 수 있을 정도이다.
또한, 단결정 재료로서, 분해 융해 물질이나 고용체 물질을 사용하는 경우, 원료 막대(16)의 반경은, 바람직하게는 제조하는 단결정 파이버(22)의 반경의 100배 이상이며, 보다 바람직하게는, 2㎜ 내지 5㎜ 정도이다. 이것은 단결정의 성장에 수반하여, 고액 계면으로부터 토출되는 용매가 진한 조성 부분(경계 영역)이 용액 확산에 의해 균질화되는 범위를 안정적으로 유지하기 위해서 바람직하며, 단결정 성장을 안정화시킬 수 있기 때문이다.
단결정 파이버(22)의 성장에 따라, 용매의 조성과 양은 변동하지만, 조성은 융점이 낮은 방향으로 변동하고, 용매의 양이 적어지면 용매를 통과하여, 용매와 원료 막대의 계면에 도달하는 레이저광의 양이 증가하기 때문에, 원료 막대의 용매에의 용해가 촉진되는 방향으로 작용한다. 이 때문에, 용매의 조성과 양은 항상 일정하게 유지된다. 결과로서, 성장하는 단결정 파이버(22)의 조성과 직경은 항상 일정해지고, 소정의 조성으로 일정한 직경의 단결정 파이버(22)를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 상기 실시 형태에서는, 원료 막대(16)의 융액의 온도를 도넛 형상 온도 분포로 하기 위해서, 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광을 사용하고 있지만, 레이저광으로서는, 예를 들어 가우시안 형상의 강도 분포를 갖는 것 등이어도 상관없다. 가우시안 형상의 강도 분포를 갖는 레이저광을 사용하는 경우에는, 중심부 근방의 온도를 낮게 하기 위해서, 레이저광의 광로 상에 차광판 등을 배치하도록 해도 된다. 이와 같이, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
10 : 단결정 파이버 제조 장치
12 : 레이저 광원
13 : 광학계
13a : 빔 익스팬더
13b : 액시콘 렌즈
14 : 평면 반사경
16 : 원료 막대
16a : 상면
17 : 위치 제어 수단
17a : 원형 링
17b : 실
18 : 종자 단결정
20 : 권취 장치
22 : 단결정 파이버
24 : 도광 기구
24a : 도입 구멍
24b : 배출 구멍
26 : 챔버
26a : 창
30 : 분위기 가스 도입 장치
100 : 단결정 파이버 제조 장치
102 : 레이저 광원
104 : 포물면경
106 : 원료 막대
106a : 상면
108 : 종자 단결정
110 : 인상 장치
112 : 단결정 파이버

Claims (11)

  1. 챔버 안에 있어서 원료 막대의 상면에 레이저광을 조사해서 융액을 형성하고, 해당 융액에 종자 단결정을 침지하고 상방으로 인상하여, 단결정 파이버를 제조하는 단결정 파이버 제조 장치이며,
    상기 레이저광을 평행광으로서 조사하는 레이저 광원과,
    상기 종자 단결정을 유지한 상태에서 연직 방향으로 상하 이동 가능하게 구성된 인상 장치와,
    상기 레이저광을, 상기 원료 막대의 상면에 수직으로 입사하도록 반사시키는 평면 반사경을 구비하고,
    상기 융액의 온도가, 도넛 형상 온도 분포가 되도록, 상기 레이저광을 상기 원료 막대의 상면에 조사하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저광이, 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료 막대의 반경이, 제조하는 단결정 파이버의 반경의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 제조하는 단결정 파이버의 반경이 100㎛ 이하인 경우, 상기 원료 막대의 반경은, 2㎜ 내지 5㎜의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 레이저광 도입창과 상기 평면 반사경을 수용하는 도광 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 도광 기구로부터, 상기 챔버 안에 분위기 가스를 도입하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 파이버의 수평면 내 위치를, 소정의 제한 범위 내로 제어하기 위한 위치 제어 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 장치.
  8. 원료 막대의 상면에 평행광인 레이저광을 조사해서 융액을 형성하고, 해당 융액에 종자 단결정을 침지하고 상방으로 인상하여, 단결정 파이버를 제조하는 단결정 파이버 제조 방법이며,
    상기 융액의 온도가, 도넛 형상 온도 분포가 되도록, 상기 레이저광을 상기 원료 막대의 상면에 조사하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 레이저광이, 도넛 형상 강도 분포를 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 원료 막대의 반경이, 제조하는 단결정 파이버의 반경의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제조하는 단결정 파이버의 반경이 100㎛ 이하인 경우, 상기 원료 막대의 반경은, 2㎜ 내지 5㎜의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 파이버 제조 방법.
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