KR960005520B1 - 리튬 탄탈레이트 단결정 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

리튬 탄탈레이트 단결정 제조방법

제 1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 단결정 성장장치의 개략 단면도 및 그 장치의 온도구배를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 단열재 2 : 알루미나 소결체

3 : 리튬탄탈레이트 종자 4 : 리튬 타탈레이트 단결정

5 : 이리듐(Ir) 6 : 고주파 유도가열코일

7 : 부활성가스 8 : 리튬 탄탈레이트 용액

본 발명은 리튬 탄탈레이트 (LiTaO_3,이하 단지 'LT'라 한다) 단결정의 제조방법에 관한 것이며, 특히 표면탄성파(Surface Acoustic Wave; 이하단지 'SAW'라 한다)소자용 압전기판으로 사용하기 위한 LT단결정의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 TV, VTR 및 통신기기의 중간주파수 필터, 센서등 SAW 소자용 기판으로 사용되는 LT단결정은 리튬 카보네이트와 탄탈륨 산화물을 혼합하여 합성한 원료를, 제 1도에 도시된 바와같이 장치를 이용하여 이리듐(Ir), 혹은 백금-로듐 합금으로된 도가니(5)내에 넣고 고주파유도가열(6)에 의해 용융시킨 후 종자결정(3)을 용융물에 부착하여 적절히 회전 및 인상(pulling)시켜 결정을 성장시키는 방법으로 제조된다.

소위 쵸크랄스키법(Czochralski Method)으로 알려진 이 방법은 실리콘 등의 반도체 단결정을 성장시킬때 많이 사용되지만, LT, 리튬니오베이트(LiNbO₃)등 산화물 단결정을 대형으로 성장시킬때에는 냉각시 성장된 단결정에 크랙9crack)등과 같은 결합이 발생되며, 이 크랙은 그후에 결정을 절단하고 연마하는 공정을 거치는 동안 크랙의 전파나 파손을 초래하여 결정내부의 결함증가와 함께 수율을 저하시키게 된다.

이와 관련하여 C. D. Brandle(J.of Crystal Growth,24/25,432,1974)은 LT단결정과 같은 산화물 단결정이나 이온성 결정들은 결정내부의 응력이 주로 열에 의하기 때문에 용액 표면으로부터 온도구배의 기울기가 완만해야 한다고 개시한 바 있으며, C. D. Brandle과 S.Matsumura(J ＞of Crystal Growth, 51,41,1981)은 육성된 결정이 냉각될때 로내부의 수직영향의 온도구배를 적게 하면 결정에 미치는 크랙 손상을 줄일 수 있다고 보고한 바 있다.

그러나 별도의 히터를 설치하거나 단열재를 사용하는 경우 그 설치 비용이 부가될 뿐만 아니라 로내부 구조가 복잡하게 되며, 특히 단열재 사용의 경우는 단열재로부터 불순물이 떨어져 용액에 함입되는 문제점이 있는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 보다 개선된 리튬탄탈레이트 단결정 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 리튬 탄탈레이트 단결정 제조방법은, 회전 인상법으로 리튬 탄탈레이트 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 리튬 탄탈레이트 단결정의 퀴리온도보다 높은 영역내에서, 성장된 리튬 탄탈레이트 단결정의 하단부를 로내의 온두구배가 완만한 위치까지 신속히 수직이동 시킨 후 그 위치에서 서냉시킴을 특징으로 한다.

본 발명자는 리튬 탄탈레이트 단결정 제조에 사용되는 로내에서 도가니 윗부분의 온도구배는 급격하나 도가니 윗부분부터 수직방향 상부는 온도구배가 완만해지는 것을 실험을 통해 발견하였다.

즉, 제 1도는 LT 단결정 성장 장치의 개략 단면도 및 그 장치의 수직방향으로의 부위별 온도구배를 나타내는 그래프로서, 이를 참조하면 LiTaO₃용액(8)의 표면으로부터 수직방향 상부로 갈수록 온도구배의 기울기는 완만함을 알 수 있다.

실제 본 발명자가 도가니(5) 주위를 세라믹 튜브로 구성한 로내에서 용액표면으로부터 5cm까지의 온도구배를 낮추기 위하여 도가니 위에 링을 설치하였을때 온도구배는 (dT/dZ)z=0∼5cm : 50∼70℃/cm였는데 바나여, 용액 표면위 5cm 부터 수직상부로 15cm 까지 부위의 온도구배(dT/dZ)z=5∼15cm는 30∼40℃/cm였다.

따라서 성장된 단결정을 성장후 신속하게 온도구배가 큰 용액회전 가까운 위치(도면에서의 B)위치로부터 온도구배가 적은 위치(도면에서의 A)로 이동시켜 그 위치에서 서냉하게 함으로써 급격한 온도구배로 인한 냉각시 크랙발생을 방지할 수 있는 것이다.

그러나 LT 단결정의 결정구조는 고온에서 Rc 인데 냉각도중 퀴리온도(Tc=∼600℃)부근에서 R 3c로 전이되기 때문에 성장된 결정은 항상 퀴리온도보다 높은 온도의 위치에 있어야 한다.

즉, 성장된 LT 단결정의 하부면을 로내에서 온도구배가 낮은 위치로 이동시키더라도 LT단결정의 상부면은 여전히 퀴리온도보다 높은 위치에 있어야 하는 것이다

상기와 같이, 성장완료된 LT 단결정을 온도구배가 낮은 위치로 신속히 들어올려 그 위치에서 냉각시킴으로써 종래와 같이 도가니 윗부분에 히터를 설치하거나 단열재를 사용하지 않고도 간편하게 크랙발생을 방지할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

리튬 카보네이트(Li₂CO₃)와 탄탈륨 산화물(Ta₂O₅)을 완전용융조성 (R. L. Barns, J.Appl. Cryst., 3 395,1970)이 되게 혼합하고 합성하여 약 1850g의 합성원료를 제조하였다.

이 합성원료를 이리듐 도가니(직경 8cm, 높이 8cm, 두께 1cm)에 넣고 RF 유도가열로에 장착한 후 온도를 올려 원료를 용융시키고 결정방향이 Y축과 X축의 LT 종자를 각각 용융액에 부착한 후 회전 및 인상을 동시에 행하여 직경 4.5cm, 길이 10cm, 무게 950g인 LT 단결정을 성장하였다.

성장된 결정을 냉각위치를 달리하여 유지시킨 후 36시간 동안 냉각하고 나서 상온에서 로밖으로 꺼내어 크랙 발생여부를 육안 관찰하였다.

하기표 1은 냉각부위별 크랙발생여부를 육안관찰한 결과이다.

[표1]

*: 크랙없이 완전한 단결정

* × : 크랙이 발생된 단결정

*: 미세 크랙이 잔존해 있는 단결정

상기 표 1에 의하면, X-축, Y-축 모두 용액에서 가까운 제 1도의 (B) 위치에서 냉각되었을때는 크랙이 발생되었으나, (B)위치보다 온도구배가 완만한 (A) 위치에서 냉각되었을때는 크랙이 발생되지 않았음을 알 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명의 방법은 LT 단결정으 퀴리온도보다 높은 영역내에서 LT 단결정을 로내의 온도구배가 급한 용앰표면부근으로부터 온도구배가 완만한 위치로 신속히 이동시킨 후 그 위치에서 냉각시킴으로서, 별도의 가열장치나 단열재 사용이 없이, 간단한 로(furnace)구조를 이용하고도 단결정의 품질향상 및 수율 증대를 도모할 수가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 회전인상법으로 리튬 탄탈레이트 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 리튬 탄탈레이트 단결정의 퀴리온도보다 높은 온도 영역내에서, 성장된 리튬 탄탈레이트 단결정의 하단부를 온도구배가 급한 용융물표면 부근에서부터 온도구배가 완만한 위치로 신속히 수직방향 이동시킨 후 그 위치에서 서냉시킴을 특징으로 하는 리튬 탄탈레이트 단결정 제조방법.
2. 1항에 있어서, 상기 온도구배가 완만한 위치는 로내의 LiTaO₃용액 표면으로부터 상부 5∼10cm 범위임을 특징으로 하는 리튬 탄탈레이트 단결정 제조방법.