JP2015160786A - Method for manufacturing oxide single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶引上げ法により硬脆性を示すTSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の酸化物単結晶を育成する方法に係り、特に、小寸法の種結晶から効率よく酸化物単結晶を製造できる酸化物単結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for growing an oxide single crystal such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) exhibiting hard and brittleness by a crystal pulling method, and in particular, an oxide single crystal efficiently from a small-sized seed crystal. The present invention relates to a method for producing an oxide single crystal capable of producing
単結晶の製造方法としては、チョクラルスキー法と呼ばれる結晶引上げ法が広く知られている。この方法は、図2に示すように、原料が投入された坩堝1をコイル10等の加熱手段で加熱して原料を融解させると共に、引上げ軸3の先端にピン4で固定した種結晶5を上記原料融液2の表面に接触させ、かつ、種結晶5を回転させながら徐々に引き上げることにより単結晶6を育成するものである。この方法による単結晶の育成は、通常、種付け(種結晶を原料融液表面に接触させる)工程、肩部形成(結晶径を徐々に大きくした肩部を形成する)工程、直胴部形成(結晶径を一定にした直胴部を形成する)工程、および、引き離し(育成した単結晶を原料融液から引き離す)工程を有している。
As a method for producing a single crystal, a crystal pulling method called the Czochralski method is widely known. In this method, as shown in FIG. 2, the
そして、図3は、育成した単結晶6を原料融液2から引き離した後の状態を示す説明図であるが、直胴部6bの形成が終了した後に、直胴部6bの直径と同程度の径にて原料融液2から単結晶6を引き離す場合、種結晶5を高速で引き上げることにより引き離し工程を完了させている。
3 is an explanatory view showing a state after the grown
しかし、上記引上げ軸3を操作して種結晶5を高速で引き上げた場合、種結晶5を固定しているピン4の付近、あるいは、種結晶5の下端部付近や結晶の肩部6aにクラックが生じたり、育成された単結晶6が原料融液2の中に落下してしまうことがあり、小寸法の種結晶を用いた場合に顕著であった。種結晶5を高速で引き上げた場合、育成された単結晶6が原料融液2から離れる際の表面張力、引上げ軸3の引き上げ動作停止による衝撃等が原因となって種結晶5や結晶の肩部6aにクラックを発生させていると考えられる。
However, when the
この問題を回避するため、特許文献1では、結晶径を一定にした直胴部を育成し、更に直胴部よりも結晶径を徐々に小さくしたテール部を育成した後、育成された単結晶を原料融液から引き離す方法を提案している。しかし、特許文献1で提案された方法では、テール部の存在により単結晶が原料融液から離れる際の上記表面張力を低減させることはできるが、引上げ軸の引き上げ動作停止による衝撃を無くすことはできない。このため、依然として単結晶の落下を防止することができず歩留まりの低下を招いていた。また、テール部は非製品化部であり、その形状によっては大きく収率を低下させてしまう場合がある。
In order to avoid this problem, in
また、特許文献2では、直胴部の育成が終了し、原料融液から単結晶を切り離す際、種結晶の回転速度を0〜8rpmにし、単結晶の引き上げ速度を50mm/min以上、250mm/min以下にして、単結晶の切り離しを行う方法を提案し、かつ、単結晶の引き上げ操作に加えて、坩堝を降下させる方法も提案している。しかし、特許文献2で提案された方法でも、引上げ軸の引き上げ動作停止による衝撃を無くすことはできないため、特許文献1で提案された方法と同様、歩留まりの低下を招いていた。
Further, in
そして、これ等の問題は、TSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の硬脆性を示す酸化物単結晶を育成する場合に顕著であった。 These problems are significant when growing an oxide single crystal exhibiting hard and brittleness such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ).
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、育成した単結晶を原料融液から引き離す際に単結晶の落下をほぼ完全に防止できると共に、テール部の形成による収率低下が少ない酸化物単結晶の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that the single crystal can be almost completely prevented from falling when the grown single crystal is separated from the raw material melt, and the tail portion is An object of the present invention is to provide a method for producing an oxide single crystal with a small yield reduction due to the formation of.
そこで、上記課題を解決するため、本発明者は、直胴部とテール部を育成した後、引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を完全に停止し、このタイミングに合わせて坩堝を降下させる特異な方法を創案しこの方法を検討したところ、原料融液から単結晶が離れる際の表面張力を低減できることに加えて引き上げ動作停止による衝撃も解消されることが確認され、更に、テール部先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部末端からテール部先端までの距離Lが上記直胴部の結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(L/D1=0.2〜0.5)となったときに引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止すると、表面張力が著しく低減されてTSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の硬脆性を示す酸化物単結晶を育成する場合に有効であることが確認された。本発明は、このような技術的発見により完成されたものである。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has developed a unique method in which after the straight body portion and the tail portion are grown, the rotation of the pulling shaft and the pulling operation are completely stopped, and the crucible is lowered at this timing. In addition to being able to reduce the surface tension when the single crystal leaves the raw material melt, it was confirmed that the impact of stopping the lifting operation was also eliminated, and the crystal diameter at the tip of the tail part was further confirmed. D2 is φ10 mm to φ20 mm, and the distance L from the straight barrel end to the tail tip is 0.2 to 0.5 times the crystal diameter D1 of the straight barrel (L / D1 = 0.2 to 0.5) When the rotation of the pulling shaft and the pulling operation are stopped, the surface tension is remarkably reduced and an oxide single crystal exhibiting hard brittleness such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) is grown. Valid Rukoto has been confirmed. The present invention has been completed by such technical discovery.
すなわち、請求項1に係る発明は、
引き上げ軸の先端に取り付けられた種結晶を坩堝内の原料融液に接触させ、引き上げ軸を回転させながら引上げる結晶引き上げ法により酸化物単結晶を育成する方法であって、結晶径を一定にした直胴部を育成する工程と、直胴部よりも結晶径を徐々に小さくしたテール部を育成する工程と、育成した酸化物単結晶を原料融液から引き離す工程を具備する酸化物単結晶の製造方法において、
上記テール部先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部末端からテール部先端までの距離Lが上記直胴部の結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(L/D1=0.2〜0.5)となったときに、上記引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した酸化物単結晶を原料融液から引き離すことを特徴とする(但し、上記種結晶の外径がφ5mm〜φ7mm、酸化物単結晶の結晶径D1がφ40mm〜φ50mm、育成される酸化物単結晶の重量が1200g以下であることを条件とする)。
That is, the invention according to
A method of growing an oxide single crystal by a crystal pulling method in which a seed crystal attached to the tip of a pulling shaft is brought into contact with a raw material melt in a crucible and the pulling shaft is rotated, and the crystal diameter is kept constant. An oxide single crystal comprising a step of growing the straight body portion, a step of growing a tail portion having a crystal diameter gradually smaller than the straight body portion, and a step of separating the grown oxide single crystal from the raw material melt In the manufacturing method of
The crystal diameter D2 at the tip of the tail part is φ10 mm to φ20 mm, and the distance L from the end of the straight body part to the tip of the tail part is 0.2 to 0.5 times the crystal diameter D1 of the straight body part (L / D1 = 0.2 to 0.5), the rotation of the pulling shaft and the pulling operation are stopped, and the oxide single crystal grown by lowering the crucible is separated from the raw material melt. (However, the condition is that the outer diameter of the seed crystal is φ5 mm to φ7 mm, the crystal diameter D1 of the oxide single crystal is φ40 mm to φ50 mm, and the weight of the grown oxide single crystal is 1200 g or less).
また、請求項2に係る発明は、
請求項1に記載の酸化物単結晶の製造方法において、
上記坩堝の降下速度が5mm〜10mm/秒に設定されていることを特徴とし、
請求項3に係る発明は、
請求項1または2に記載の酸化物単結晶の製造方法において、
上記引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止した後、30秒以内に坩堝を降下させることを特徴とし、
請求項4に係る発明は、
請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物単結晶の製造方法において、
上記酸化物単結晶がTSAG(Tb3Sc2Al3O12)であることを特徴とする。
The invention according to
In the manufacturing method of the oxide single crystal of
The crucible lowering speed is set to 5 mm to 10 mm / second,
The invention according to
In the manufacturing method of the oxide single crystal of
After stopping the rotation of the lifting shaft and the lifting operation, the crucible is lowered within 30 seconds,
The invention according to
In the manufacturing method of the oxide single crystal in any one of Claims 1-3,
The oxide single crystal is TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ).
結晶引き上げ法による本発明に係る酸化物単結晶の製造方法によれば、
テール部先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部末端からテール部先端までの距離Lが直胴部の結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(すなわちL/D1=0.2〜0.5)となったときに、引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した酸化物単結晶を原料融液から引き離しているため、原料融液から単結晶が離れる際の表面張力を低減できると共に、引上げ軸の引き上げ動作停止による衝撃も解消することが可能となり、かつ、テール部形成による収率低下が少なくてすむ。
According to the method for producing an oxide single crystal according to the present invention by a crystal pulling method,
The crystal diameter D2 at the tip of the tail part is φ10 mm to φ20 mm, and the distance L from the end of the straight body part to the tip of the tail part is 0.2 to 0.5 times the crystal diameter D1 of the straight body part (that is, L / D1 = 0) 2 to 0.5), the rotation of the pulling shaft and the pulling operation are stopped, and the oxide single crystal grown by lowering the crucible is separated from the raw material melt. As a result, the surface tension when the single crystal is separated from the surface can be reduced, the impact caused by stopping the pulling operation of the pulling shaft can be eliminated, and the yield reduction due to the formation of the tail portion can be reduced.
従って、原料融液から育成された酸化物単結晶を引き離す際、種結晶の下端部付近や単結晶の肩部にクラックが発生したり、単結晶が坩堝内に落下する等の現象を回避できるため、小寸法の種結晶を用いてTSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の硬脆性を示す酸化物単結晶を効率よく製造できる効果を有している。 Therefore, when the oxide single crystal grown from the raw material melt is pulled away, it is possible to avoid a phenomenon such as a crack occurring near the lower end of the seed crystal or the shoulder of the single crystal, or a single crystal falling into the crucible. Therefore, it has an effect that an oxide single crystal exhibiting hard brittleness such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) can be efficiently produced using a small-sized seed crystal.
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
(1)単結晶引上げ装置
図4は、本発明に係る酸化物単結晶の製造方法を実施する際に用いられ単結晶引上げ装置の一例を示す概略構成説明図である。
(1) Single Crystal Pulling Device FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of a single crystal pulling device used when carrying out the method for producing an oxide single crystal according to the present invention.
この単結晶引上げ装置は、装置各部の動作を制御するコンピュータ12と、育成された単結晶6の重量を検知して上記コンピュータ12に検知信号を出力する重量センサ(ロードセル)11と、コンピュータ12から出力される制御信号を受けてその信号に基づき結晶引上げ軸の上昇・下降および回転を行う引上げ軸駆動装置13と、コンピュータ12から出力される制御信号を受けてその信号に基づき坩堝18の上昇・下降を行う坩堝駆動装置14と、坩堝18を加熱するコイル16と、坩堝18底の温度を検知してコンピュータ2に検知信号を出力するモニター用熱電対17と、モニター用熱電対17の指示温度が設定温度と等しくなるようにコンピュータ12から出力される制御信号を受けてその信号に基づき上記コイル16に電力を供給する高周波発振装置15を備えた構成となっている。
This single crystal pulling apparatus includes a
(2)酸化物単結晶の製造方法
上記単結晶引上げ装置を用いて硬脆性を示すTSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の酸化物単結晶を育成する実施の形態について説明する。
(2) Manufacturing Method of Oxide Single Crystal An embodiment in which an oxide single crystal such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) exhibiting hard brittleness is grown using the single crystal pulling apparatus will be described.
まず、イリジウム坩堝18内に、組成比(Tb3Sc2Al3O12)に秤量されたTSAG原料粉末を充填し、かつ、高周波発振装置15から電力が供給されたコイル16によりイリジウム坩堝18を加熱して原料融液とし、所定温度まで加熱する。
First, the
次に、結晶引上げ軸先端に固定された種結晶を上記引上げ軸駆動装置13により下降させて原料融液に接触させ、所定回転数で結晶引上げ軸を回転させながら所定引上げ速度で結晶引上げ軸を引き上げることでTSAG単結晶を育成する。
Next, the seed crystal fixed at the tip of the crystal pulling shaft is lowered by the pulling
但し、本発明においては、上記種結晶の外径がφ5mm〜φ7mm(5mm角〜7mm角)、育成される酸化物単結晶の結晶径D1(直胴部)がφ40mm〜φ50mm、育成される酸化物単結晶の重量が1200g以下であることを条件とする。 However, in the present invention, the outer diameter of the seed crystal is φ5 mm to φ7 mm (5 mm square to 7 mm square), and the crystal diameter D1 (straight barrel portion) of the grown oxide single crystal is φ40 mm to φ50 mm. The condition is that the weight of the material single crystal is 1200 g or less.
TSAG単結晶を育成する際、まず、円錐状の肩部を形成し、かつ、所定外径にまで育成したところで、定外径(結晶径)のまま引上げ育成することにより直胴部を形成する。このとき、上記肩部外周面の形成角度を20度から50度の範囲内に設定している。肩部外周面の形成角度が50度を超えると肩部の形成終了部分でクラックが発生し易くなり、また、上記形成角度が20度未満であると単結晶引上げ装置の自動直径制御による出力調整が追従し難くなり、原料融液から溶け切れてしまい易い。 When growing a TSAG single crystal, first, a conical shoulder portion is formed, and when the TSAG single crystal is grown to a predetermined outer diameter, a straight body portion is formed by pulling and growing with a constant outer diameter (crystal diameter). . At this time, the formation angle of the shoulder outer peripheral surface is set in the range of 20 degrees to 50 degrees. If the formation angle of the shoulder outer peripheral surface exceeds 50 degrees, cracks are likely to occur at the end of the shoulder formation, and if the formation angle is less than 20 degrees, output adjustment is performed by automatic diameter control of the single crystal pulling apparatus. Becomes difficult to follow and is easily melted out from the raw material melt.
また、上記結晶引上げ軸の引上げ速度を0.1〜3mm/h(時間)の範囲内に設定し、かつ、回転速度を1〜50rpmの範囲内に設定している。 Further, the pulling speed of the crystal pulling shaft is set within a range of 0.1 to 3 mm / h (hour), and the rotation speed is set within a range of 1 to 50 rpm.
この実施の形態では、図1に示すように、上記直胴部6bを育成するときの引上げ速度を1.0mm/h以下、回転速度を10rpm以下にそれぞれ設定し、直胴部6bの結晶径D1がφ40mm〜φ50mmで、かつ、育成される単結晶の重量が1200g以下の条件を満たすTSAG単結晶を製造している。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the pulling speed when growing the
そして、上記直胴部6bを育成した後、直胴部6bよりも結晶径を徐々に小さくしてテール部6cを育成し、テール部6c先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが上記直胴部6bの結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(L/D1=0.2〜0.5)となったときに、上記結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝18を10〜30mm降下させて育成した酸化物単結晶(TSAG)を原料融液から引き離す。この引き離し工程は、結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止した後、30秒以内に坩堝18を降下させて行うことが好ましく、坩堝18の降下速度は5〜10mm/秒が好ましい。
Then, after growing the
このように、実施の形態に係る酸化物単結晶の製造方法によれば、テール部6c先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが直胴部6bの結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(すなわちL/D1=0.2〜0.5)となったときに、結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ坩堝18を降下させて育成した酸化物単結晶(TSAG)を原料融液から引き離しているため、原料融液から単結晶が離れる際の表面張力を低減できると共に、結晶引上げ軸の引き上げ動作(操作)停止による衝撃も解消できる顕著な効果を有している。
Thus, according to the oxide single crystal manufacturing method according to the embodiment, the crystal diameter D2 at the tip of the
尚、この酸化物単結晶の製造方法において、単結晶引上げ装置における育成炉内は窒素雰囲気としている。 In this oxide single crystal manufacturing method, the inside of the growth furnace in the single crystal pulling apparatus has a nitrogen atmosphere.
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below with reference to comparative examples.
[実施例1]
上記単結晶引上げ装置を用いてTSAG(Tb3Sc2Al3O12)単結晶を育成した。
[Example 1]
A TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) single crystal was grown using the single crystal pulling apparatus.
まず、イリジウム坩堝18内に、組成比(Tb3Sc2Al3O12)に秤量されたTSAG原料粉末を充填し、かつ、高周波発振装置15から電力が供給されたコイル16によりイリジウム坩堝18を加熱して原料融液とし、所定温度まで加熱した。
First, the
次に、結晶引上げ軸先端にピンにより固定された外径φ5mmの種結晶を引上げ軸駆動装置13により10rpmで回転させながら下降させて原料融液に接触させ、引上げ速度1mm/hで44mm引上げながら結晶径φ40mmまで肩部を形成させた。
Next, a seed crystal having an outer diameter of 5 mm fixed by a pin at the tip of the crystal pulling shaft is lowered while rotating at 10 rpm by the pulling
次に、図1に示す結晶径D1がφ40mmである条件を維持させながら、結晶引上げ軸の引上げ速度を0.5mm/hに設定し、長さ40mmの直胴部6bを形成させた。
Next, while maintaining the condition that the crystal diameter D1 shown in FIG. 1 is φ40 mm, the pulling speed of the crystal pulling shaft was set to 0.5 mm / h, and the
更に、育成される結晶径がφ40mmから徐々に小さくしてφ20mmとなるまで、引上げ速度1mm/hの条件で結晶引上げ軸を15mm引上げて図1に示すテール部6cを形成し、かつ、テール部6c先端の結晶径D2がφ20mmとなったとき[すなわちL/D1=15/40]、結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、停止してから30秒以内に坩堝18を5mm/secの速度で降下させ、育成した酸化物単結晶(TSAG)を原料融液から引き離した。
Further, the crystal pulling shaft is pulled up by 15 mm under the condition of a pulling speed of 1 mm / h until the crystal diameter to be grown is gradually reduced from φ40 mm to φ20 mm, thereby forming the
そして、上記結晶引上げ軸の先端に固定された種結晶と酸化物単結晶(TSAG)を目視によりチェックしたところ種結晶付近に若干のクラックは確認されたが、得られた酸化物単結晶(重量1000g)が坩堝18内に落下することはなかった。
When the seed crystal and oxide single crystal (TSAG) fixed to the tip of the crystal pulling shaft were visually checked, some cracks were found near the seed crystal, but the obtained oxide single crystal (weight) 1000 g) did not fall into the
この結果から確認できるように、種結晶付近に多少クラックが発生した場合でも、テール部先端の結晶径D2をφ20mm以下とし、直胴部末端からテール部先端までの距離Lが上記直胴部の結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(L/D1=0.2〜0.5)となったときに結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した単結晶を原料融液から引き離すことにより、坩堝内への単結晶の落下を未然に防止できることが分かる。 As can be confirmed from this result, even when some cracks are generated near the seed crystal, the crystal diameter D2 at the tip of the tail portion is set to 20 mm or less, and the distance L from the end of the straight body portion to the tip of the tail portion is When the crystal diameter D1 is 0.2 to 0.5 times (L / D1 = 0.2 to 0.5), the rotation of the crystal pulling shaft and the pulling operation are stopped, and the crucible is lowered. It can be seen that the single crystal grown in this manner can be prevented from falling into the crucible by separating it from the raw material melt.
[実施例2]
外径φ7mmの種結晶を適用し、直胴部6bの結晶径D1がφ50mm、テール部6c先端の結晶径D2がφ10mm、および、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lと直胴部の結晶径D1の関係が(L/D1=25mm/50mm)となったときに結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1200g)を育成した。
[Example 2]
A seed crystal having an outer diameter of φ7 mm is applied, the crystal diameter D1 of the
そして、結晶引上げ軸の先端に固定された種結晶と酸化物単結晶(TSAG)を目視によりチェックしたところ種結晶付近に若干のクラックは確認されたが、得られた酸化物単結晶(重量1200g)が坩堝18内に落下することはなかった。
When the seed crystal fixed to the tip of the crystal pulling shaft and the oxide single crystal (TSAG) were visually checked, some cracks were found near the seed crystal, but the obtained oxide single crystal (weight: 1200 g) ) Did not fall into the
[実施例3]
外径φ6mmの種結晶を適用し、直胴部6bの結晶径D1がφ45mm、テール部6c先端の結晶径D2がφ15mm、および、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lと直胴部の結晶径D1の関係が(L/D1=22mm/45mm)となったときに結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1100g)を育成した。
[Example 3]
A seed crystal having an outer diameter of φ6 mm is applied, the crystal diameter D1 of the
そして、結晶引上げ軸の先端に固定された種結晶と酸化物単結晶(TSAG)を目視によりチェックしたところ種結晶付近に若干のクラックは確認されたが、得られた酸化物単結晶(重量1100g)が坩堝18内に落下することはなかった。
When the seed crystal fixed to the tip of the crystal pulling shaft and the oxide single crystal (TSAG) were visually checked, some cracks were found near the seed crystal, but the obtained oxide single crystal (weight: 1100 g) ) Did not fall into the
[比較例1]
テール部6c先端の結晶径D2がφ20mmとなったとき[すなわちL/D1=15/40]に結晶引き上げ軸を引き上げ、坩堝を降下させることなく育成した酸化物単結晶(TSAG)を原料融液から引き離した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1000g)を育成した。
[Comparative Example 1]
When the crystal diameter D2 at the tip of the
しかし、坩堝を降下させることなく結晶引き上げ軸を引き上げて酸化物単結晶(TSAG)を原料融液から引き離したため、結晶引上げ軸の引き上げ動作停止による衝撃により得られた酸化物単結晶(重量1000g)が坩堝18内に落下してしまった。
However, since the oxide single crystal (TSAG) was pulled away from the raw material melt by pulling up the crystal pulling shaft without lowering the crucible, the oxide single crystal (weight: 1000 g) obtained by impact by stopping the pulling operation of the crystal pulling shaft Has fallen into the
[比較例2]
直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが直胴部の結晶径D1に対し0.2倍未満(L/D1=4mm/40mm)となったときに結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した単結晶を原料融液から引き離した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1000g)を育成した。
[Comparative Example 2]
When the distance L from the end of the
しかし、L/D1が0.2を下回る値の範囲で急激に結晶径を変化させようとしたため、結晶径の制御が不安定になり、テール部が目標の結晶径にならなかった。このため、テール部の作り直しをしたのでテール部が大きくなり、原料を余分に消費した分、収率が低下した。また、テール部を作り直したため、余計に工数がかかってしまった。 However, since it was attempted to change the crystal diameter abruptly in a range where L / D1 was less than 0.2, the control of the crystal diameter became unstable, and the tail portion did not reach the target crystal diameter. For this reason, since the tail part was reworked, the tail part became larger, and the yield was reduced by the extra consumption of raw materials. Also, since the tail part was reworked, it took extra man-hours.
[比較例3]
直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが直胴部の結晶径D1に対し0.5倍を超える(L/D1=32mm/40mm)となったときに結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した単結晶を原料融液から引き離した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1000g)を育成した。
[Comparative Example 3]
When the distance L from the end of the
そして、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが32mmになるまでテール部6cを育成したことからテール部6c先端の結晶径D2が小さくなったため、坩堝を降下させて単結晶を原料融液から引き離す際の表面張力が低減し、得られた酸化物単結晶が坩堝18内に落下することはなかった。
Since the
但し、直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lが32mmになるまでテール部6cを育成したため、直胴部6bとして利用されない原料を余分に消費した分、収率が低下した。
However, since the
[比較例4]
直胴部6b末端からテール部6c先端までの距離Lと直胴部の結晶径D1との関係は実施例1と同一[すなわちL/D1=15/40]としたが、上記テール部6c先端の結晶径D2がφ22mmの時点(表面張力を十分に低減できない時点)で結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止した点を除き実施例1と同様に行ってTSAG単結晶(重量1000g)を育成した。
[Comparative Example 4]
The relationship between the distance L from the end of the
しかし、上記テール部6c先端の結晶径D2がφ20mmを超えている時点(表面張力を十分に低減できない時点)で結晶引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止したため、得られた酸化物単結晶は坩堝18内に落下してしまった。
However, since the rotation of the crystal pulling shaft and the pulling operation were stopped when the crystal diameter D2 at the tip of the
本発明に係る酸化物単結晶の製造方法によれば、育成した酸化物単結晶を原料融液から引き離す際、融液の表面張力、引上げ軸の引き上げ動作停止による衝撃等を原因とする酸化物単結晶の落下現象が回避されるため、硬脆性を示すTSAG(Tb3Sc2Al3O12)等の酸化物単結晶の育成に適用される産業上の利用可能性を有している。 According to the method for producing an oxide single crystal according to the present invention, when the grown oxide single crystal is separated from the raw material melt, the oxide is caused by the surface tension of the melt, the impact caused by stopping the pulling operation of the pulling shaft, etc. Since the falling phenomenon of the single crystal is avoided, it has industrial applicability applied to the growth of oxide single crystals such as TSAG (Tb 3 Sc 2 Al 3 O 12 ) exhibiting hard brittleness.
D1 直胴部の結晶径
D2 テール部先端の結晶径
L 直胴部末端からテール部先端までの距離
α 引き上げ方向
1 坩堝
2 原料融液
3 引上げ軸
4 ピン
5 種結晶
6 単結晶
6a 肩部
6b 直胴部
6c テール部
11 重量センサ(ロードセル)
12 コンピュータ
13 引上げ軸駆動装置
14 坩堝駆動装置
15 高周波発振装置
16 コイル
17 モニター用熱電対
18 坩堝
D1 Crystal diameter of the straight body part D2 Crystal diameter of the tail part tip L Distance from the end of the straight body part to the tail part tip
12
Claims (4)
上記テール部先端の結晶径D2がφ10mm〜φ20mm、直胴部末端からテール部先端までの距離Lが上記直胴部の結晶径D1に対し0.2倍〜0.5倍(L/D1=0.2〜0.5)となったときに、上記引き上げ軸の回転並びに引き上げ操作を停止し、かつ、坩堝を降下させて育成した酸化物単結晶を原料融液から引き離すことを特徴とする酸化物単結晶の製造方法(但し、上記種結晶の外径がφ5mm〜φ7mm、酸化物単結晶の結晶径D1がφ40mm〜φ50mm、育成される酸化物単結晶の重量が1200g以下であることを条件とする)。 A method of growing an oxide single crystal by a crystal pulling method in which a seed crystal attached to the tip of a pulling shaft is brought into contact with a raw material melt in a crucible and the pulling shaft is rotated, and the crystal diameter is kept constant. An oxide single crystal comprising a step of growing the straight body portion, a step of growing a tail portion having a crystal diameter gradually smaller than the straight body portion, and a step of separating the grown oxide single crystal from the raw material melt In the manufacturing method of
The crystal diameter D2 at the tip of the tail part is φ10 mm to φ20 mm, and the distance L from the end of the straight body part to the tip of the tail part is 0.2 to 0.5 times the crystal diameter D1 of the straight body part (L / D1 = 0.2 to 0.5), the rotation of the pulling shaft and the pulling operation are stopped, and the oxide single crystal grown by lowering the crucible is separated from the raw material melt. Manufacturing method of oxide single crystal (however, the outer diameter of the seed crystal is φ5 mm to φ7 mm, the crystal diameter D1 of the oxide single crystal is φ40 mm to φ50 mm, and the weight of the grown oxide single crystal is 1200 g or less. Condition).
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