JP2811826B2 - Single crystal growing apparatus and single crystal growing method - Google Patents
Single crystal growing apparatus and single crystal growing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高品質YAG(Y3Al5O12)単結晶あるいはNd:YA
G(YAGにNd2O3をドープ)単結晶の全自動式の育成装置
及び単結晶育成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a high quality YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) single crystal or Nd: YA
The present invention relates to a fully automatic growth apparatus and a single crystal growth method for G (YAG doped with Nd 2 O 3 ) single crystals.
従来のNd:YAG単結晶の育成は通常引上げ法(チョクラ
ルスキー法)によって、行なわれている。重量法で、所
要の直径を有する長い結晶を育成するために、引上げ結
晶の重量に比例した電圧をロードセルにより発生させ、
この電圧を演算機器(パソコン等)の入力条件に合った
信号に変換し、演算機器に入力する。演算機器ではこの
重量信号とあらかじめ演算機器に入力されていた基準の
重量値との比較が行なわれこの差に基ずいて高周波電力
を制御し、結晶径が修正され結晶が育成される。ロード
セルの出力電圧を演算機器に入力する際に、ロードセル
の出力側に信号変換器およびA/D変換器が接続される
が、従来は信号変換器が1台でありロードセル最大出力
電圧をA/D変換器の最大入力電圧になるように信号変換
器は設定されている。即ち信号変換器の最大入力電圧
は、ロードセルの最大出力電圧となっている。Conventionally, a single crystal of Nd: YAG is grown by a pulling method (Czochralski method). In the gravimetric method, in order to grow a long crystal having a required diameter, a voltage proportional to the weight of the pulled crystal is generated by a load cell,
This voltage is converted into a signal that matches the input conditions of the computing device (such as a personal computer) and input to the computing device. The arithmetic device compares the weight signal with a reference weight value previously input to the arithmetic device, controls the high-frequency power based on this difference, corrects the crystal diameter, and grows the crystal. When inputting the output voltage of the load cell to the computing device, a signal converter and an A / D converter are connected to the output side of the load cell. Conventionally, however, there is only one signal converter and the maximum output voltage of the load cell is A / D. The signal converter is set to have the maximum input voltage of the D converter. That is, the maximum input voltage of the signal converter is the maximum output voltage of the load cell.
Nd:YAG単結晶の育成温度が高く(1970℃)しかも、育
成時間が非常に長い(300H)ために、保温耐火物の材質
や構成の少しの変化でも温度の履歴に関与してくる。し
かもNd:YAG単結晶は非常に敏感である。このため、より
安定を保つために耐火物構成はより複雑化すると共に結
晶の監視窓が非常に小さくなり育成状態を見るのが困難
となっている。Since the growth temperature of the Nd: YAG single crystal is high (1970 ° C.) and the growth time is very long (300H), even a slight change in the material or configuration of the heat-retaining refractory contributes to the temperature history. Moreover, Nd: YAG single crystals are very sensitive. For this reason, the composition of the refractory becomes more complicated in order to maintain more stability, and the crystal monitoring window becomes very small, making it difficult to see the growth state.
この様な状況下での自動育成は、CCDカメラ等による
光学的手法では困難となり、ロードセルを用いた重量式
が一般的である。重量信号を基準とした重量式では、重
量信号の大小がそのまま結晶径に起因するため、重量信
号の読み取り精度が悪ければ凹凸の多い結晶が育成され
ると共に、重量信号の読み取りエラーが生じた場合、大
きな温度変化を引起し結晶径の凹凸の激しい結晶が育成
され、この結果結晶育成が不可能になることもあった。
このため重量信号の読み取り精度の向上と、育成方法の
検討は一つの課題となっていた。Automatic growth under such circumstances becomes difficult by an optical method using a CCD camera or the like, and a weight type using a load cell is generally used. In the weight formula based on the weight signal, since the magnitude of the weight signal is directly caused by the crystal diameter, if the reading accuracy of the weight signal is poor, a crystal with many irregularities is grown and a reading error of the weight signal occurs. In addition, a large temperature change is caused to grow a crystal having a large unevenness in crystal diameter, and as a result, crystal growth may not be possible.
For this reason, the improvement of the reading accuracy of the weight signal and the study of the breeding method have been problems.
本発明の目的はこの問題を解決し、高品質な単結晶育
成できる装置および育成方法を提供するものである。An object of the present invention is to solve this problem and provide an apparatus and a method for growing a high-quality single crystal.
本発明単結晶育成装置は、供給電力を測定する真空熱
電対を備えた高周波コイル、前記高周波コイルで加熱さ
れるるつぼ内の単結晶原料の熔融物から育成される単結
晶体の重量を測定するロードセル、前記ロードセルの出
力電圧をA/D変換器の入力条件に合った信号に変換する
信号変換回路、前記真空熱電対の出力信号を所定値Mに
近づけるように前記供給電力を制御するアナログコント
ローラ及び前記信号変換回路の出力信号から前記単結晶
体の重量の増加速度を求めて所定のプログラムにそって
前記Mを変化させる結晶系制御手段を含んでなる単結晶
育成装置において、前記信号変換回路は、最大読み取り
可能範囲がそれぞれ育成予定結晶重量値VSの10〜15%、
VS及びロードセルの最大計測可能重量値である第1の信
号変換器、第2の信号変換器及び第3の信号変換器を並
列接続したというものである。The single crystal growing apparatus of the present invention measures the weight of a single crystal grown from a melt of a single crystal raw material in a crucible heated by the high frequency coil and a crucible heated by the high frequency coil provided with a vacuum thermocouple for measuring supplied power. A load cell, a signal conversion circuit that converts an output voltage of the load cell into a signal that matches an input condition of an A / D converter, and an analog controller that controls the supplied power so that an output signal of the vacuum thermocouple approaches a predetermined value M. A single crystal growing apparatus comprising: a crystal system control unit that obtains an increasing rate of the weight of the single crystal body from an output signal of the signal conversion circuit and changes the M according to a predetermined program. the maximum read range is 10-15%, respectively grown scheduled crystal weight value V S,
The first signal converter, the second signal converter, and the third signal converter, which are the maximum measurable weight values of V S and the load cell, are connected in parallel.
又、本発明単結晶育成方法は、供給電力を測定する真
空熱電対を備えた高周波コイル、前記高周波コイルで加
熱されるるつぼ内の単結晶原料の熔融物から育成される
単結晶体の重量を測定するロードセル、前記ロードセル
の出力電圧をA/D変換器の入力条件に合った信号に変換
する信号変換回路、前記真空熱電対の出力信号を所定値
Mに近づけるように前記供給電力を制御するアナログコ
ントローラ及び前記信号変換回路の出力信号から前記単
結晶体の重量の増加速度を求めて所定のプログラムにそ
って前記Mを変化させる結晶系制御手段を含み、前記信
号変換回路は、最大読み取り可能範囲がそれぞれ育成予
定結晶重量値VSの10〜15%、VS及びロードセルの最大計
測可能重量値である第1の信号変換器、第2の信号変換
器及び第3の信号変換器を並列接続したものである単結
晶育成装置を用い、予め目標とする結晶径D0と結晶の長
さL0を設定すると共に第1の信号変換器の最大入力電力
VM10,第2の信号変換器の最大入力電圧VM11,第3の信号
変換器の最大入力電圧VM12,を演算機器に入力し、育成
中の結晶の重量を適当な時間間隔で算出する際に、育成
を開始してから育成結晶径D1がD0≦D1となる時刻T1まで
の間は、第1の信号変換器の入力電圧V10がV10≦VM10の
ときV10の電圧を基に重量値を算出し、V10>VM10のとき
第2の信号変換器の入力電圧V11を基に重量値を算出
し、T1以降育成結晶の長さがLがL=L0に到達するまで
の間はV11がV11≦VM11のときV11を基に重量値を算出
し、V11がV11>VM11のとき第3の信号変換器の入力電圧
V12を基に重量値を算出し、そしてその重量増加速度を
基にあらかじめ決定したプログラムによって所定値Mを
変化させて結晶径制御を行なうというものである。Further, the method for growing a single crystal of the present invention includes a high-frequency coil provided with a vacuum thermocouple for measuring supplied power, and a weight of a single-crystal body grown from a melt of a single-crystal raw material in a crucible heated by the high-frequency coil. A load cell to be measured, a signal conversion circuit for converting an output voltage of the load cell into a signal that matches an input condition of an A / D converter, and controlling the supplied power so that an output signal of the vacuum thermocouple approaches a predetermined value M. An analog controller and crystal system control means for changing the M in accordance with a predetermined program by determining an increasing speed of the weight of the single crystal body from an output signal of the signal conversion circuit, wherein the signal conversion circuit has a maximum readable capacity. A first signal converter, a second signal converter, and a third signal converter whose ranges are respectively 10 to 15% of the crystal weight value V S to be grown, the maximum measurable weight value of V S and the load cell. Are connected in parallel, a target crystal diameter D 0 and a crystal length L 0 are set in advance, and the maximum input power of the first signal converter is set.
V M10 , the maximum input voltage V M11 of the second signal converter, and the maximum input voltage V M12 of the third signal converter are input to a computing device, and the weight of the growing crystal is calculated at appropriate time intervals. when, during the period from the start of development until the time T 1 that the grown crystal diameter D 1 is D 0 ≦ D 1, when the input voltage V 10 of the first signal converter is V 10 ≦ V M10 V 10 voltage to calculate the weight value based on the second input voltage V 11 of the signal converter to calculate the weight value based on the time of V 10> V M10, the length of T 1 after growing crystal L is L = until reaching the L 0 is V 11 calculates the weight value based on V 11 when V 11 ≦ V M11, V 11 is the input of the third signal converter when V 11> V M11 Voltage
Calculates a weight value based on V 12, and is that performing crystal size controlled by changing the predetermined value M by pre-determined program based on the weight increasing rate.
第1図は本発明単結晶育成装置の一実施例を示すブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the single crystal growing apparatus of the present invention.
この実施例について、発明にいたる経緯とともに説明
する。This embodiment will be described together with the background to the invention.
本発明者等は結晶重量信号の精度を上げるため結晶育
成装置および重量検出方法について検討しかつ育成され
た単結晶の径の変化と結晶重量、更に、高周波電力との
関係について詳細に分析しかつ種々の研究を行った。こ
の結果通常の結晶育成装置には1台のロードセルが設置
され、このロードセルの出力信号が信号変換器を介し演
算機器又は記録計等に出力されている。ロードセルの重
量検出範囲は、設置されている装置の結晶育成可能な最
大重量値が検出されるように調整するのが一般的であ
る。このため実際の結晶育成ではロードセルの検出範囲
内はもちろん1/2〜2/3程度で使うのが通常である。この
ため重量信号の検出精度即ち演算機器での重量検出精度
低下を引起していることが明らかとなった。この重量検
出精度の低下は、結晶育成の制御低下をまねき高品質N
d:YAG育成が画にくい原因となっていた。又、重量検出
の精度を上げるためにロードセルの重量検出範囲を育成
毎に育成予定結晶重量になるように調整すれば良いが、
ロードセル自体が精密機械であると共に装置の上部に設
置されているため調整は困難である。The present inventors have studied a crystal growth apparatus and a weight detection method to improve the accuracy of the crystal weight signal, and have analyzed in detail the relationship between the change in the diameter of the grown single crystal and the crystal weight, and the high-frequency power, and Various studies were performed. As a result, one load cell is installed in a normal crystal growing apparatus, and an output signal of this load cell is output to an arithmetic unit, a recorder, or the like via a signal converter. In general, the weight detection range of the load cell is adjusted so that the maximum weight value of the installed apparatus capable of growing crystals is detected. For this reason, in actual crystal growth, it is normal to use the detection range of the load cell within about 1/2 to 2/3. For this reason, it became clear that the detection accuracy of the weight signal, that is, the weight detection accuracy of the arithmetic device was reduced. This decrease in weight detection accuracy leads to a decrease in control of crystal growth, resulting in high quality N
d: YAG development was difficult to draw. Also, in order to increase the accuracy of the weight detection, the weight detection range of the load cell may be adjusted so as to be the growth expected crystal weight for each growth,
Adjustment is difficult because the load cell itself is a precision machine and is installed on top of the device.
本発明者等はロードセルを一定条件の基で重量検出精
度を向上させるためにロードセルの出力側にある信号変
換器に注目し研究を進めた。この結果ロードセルからの
信号を変換する際に育成過程に見合った量の変換を行う
ことによって高分解能で重量信号を読み取ると共に高品
質Nd:YAG単結晶育成が可能であることを見い出した。結
晶の育成方法は種結晶を溶液に浸した後、ある一定速度
で回転しながら引上げ、徐々に結晶を太らせる。その
後、希望の径に達してからはその径が希望の長さに達す
る迄同じ径になる様に高周波電力を制御して引上げが行
なわれる、引上げを開始してから希望の径に達する部分
(肩作り)は結晶径の太り方が後の結晶品質に及ぼす影
響が大きくしかも重量変化が非常に少く、その量はNd:Y
AG単結晶の場合育成予定結晶重量の10〜15%であること
が多くの実験から明らかとなった。この結果、この肩作
りの部分の感度を上げるため単独な第1の信号変換器10
を設け、この変換器の最大入力を育成結晶予定重量の10
〜15%に設定した。一方、育成結晶重量の読み取り精度
を上げるため予想される結晶重量を変換器の最大入力に
なるように別に第2の信号変換器11を設置した。更に結
晶育成中に種々のトラブル又は実験変更に等によって予
定された結晶よりも大きな結晶が必要になった場合にも
育成ができるように、第3の信号変換器12を設けその最
大入力をロードセルの最大出力信号と同じにして設定し
た。次に結晶育成中の結晶重量の読み取り方法を第2図
に示すフローで詳細に説明する。The present inventors have paid their attention to a signal converter on the output side of the load cell in order to improve the weight detection accuracy under a certain condition of the load cell, and have conducted research. As a result, it has been found that by converting a signal from the load cell, the weight signal can be read with high resolution and a high-quality Nd: YAG single crystal can be grown by performing an amount of conversion corresponding to the growth process. In the method of growing a crystal, after dipping a seed crystal in a solution, the crystal is pulled up while rotating at a certain speed, and the crystal is gradually thickened. Thereafter, after reaching the desired diameter, the high-frequency power is controlled so that the diameter reaches the desired length until the diameter reaches the desired length, and the pulling is performed. In the case of shoulder making, the larger the crystal diameter, the greater the effect on the subsequent crystal quality, and the weight change is very small, and the amount is Nd: Y
Many experiments revealed that the AG single crystal accounts for 10 to 15% of the weight of the crystal to be grown. As a result, the single first signal converter 10 is used to increase the sensitivity of the shoulder forming portion.
The maximum input of this converter is 10
Set to ~ 15%. On the other hand, a second signal converter 11 was separately installed so that the expected crystal weight became the maximum input of the converter in order to improve the reading accuracy of the grown crystal weight. Further, a third signal converter 12 is provided so that a maximum crystal can be supplied to a load cell so that the crystal can be grown even when a crystal larger than the expected crystal is required due to various troubles or experimental changes during the crystal growth. And the same as the maximum output signal. Next, a method of reading the crystal weight during the crystal growth will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.
第2図は本発明の単結晶育成方法の一実施例を説明す
るためのフローチャートで、まず、育成を開始する前
に、ステップ14で目標とする結晶の結晶径(D0)と結晶
の長さ(L0)を決定すると共に、第1の信号変換器10の
最大入力電圧(VM10),第2の信号変換器11の最大入力
電圧(VM11),第3の信号変換器12の最大入力電圧(V
M12)をコンピューター(5)に入力する。次にステッ
プ15でるつぼ内原料を溶融したのちジーディングし引上
げを開始すると共に第1の信号変換器10の入力電圧(V
10)を検出し重量に変換する。ステップ16で引上げ開始
してからの累積時間を計測し、育成中の結晶長さ(L)
を算出する。ステップ17で変換された重量値から育成中
の結晶径(D1)を算出する。ステップ18であらかじめ決
定した重量の増加量と育成中の重量とを比較しその差に
対応した量をアナログコントローラ(8)に加え高周波
コイルに流れる電流を制御し、育成中の結晶径の直径制
御が行なわれる。次にステップ19ではD1がD0に達した時
刻(T1)が設定されているかを判断し、T1が設定されて
いないとき次にステップ20にうつり、D1がD0≦D1の場合
は、ステップ21でV10≦VM10を判断しV10≦VM10の場合で
は、ステップ22でV10を検出し重量に変換し、ステップ1
6に進み育成が続行される。V10≦VM10でないとき、ステ
ップ23でV11を検出し重量に変換し、ステップ16に進
む。又ステップ20でD0≦D1のときにはステップ24で現在
の時刻(T1)を設定する。ステップ25でL=L0でないと
きにはステップ26でV11≦VM11を判断しV11≦VM11のとき
には、ステップ27でV11を検出し重量に変換し、ステッ
プ16に進む。V11≦VM11でないときステップ28でV12を検
出し重量に変換しステップ16に進む。又、ステップ19で
T1が設定されている場合はステップ25に進む、又、ステ
ップ25でL=L0のときは育成中の結晶を溶液から切り離
し、育成が終了する。FIG. 2 is a flow chart for explaining one embodiment of the method for growing a single crystal of the present invention. First, before starting the growth, a target crystal diameter (D 0 ) and a crystal length are determined in step 14. (L 0 ), the maximum input voltage (V M10 ) of the first signal converter 10 , the maximum input voltage (V M11 ) of the second signal converter 11, and the maximum input voltage (V M11 ) of the third signal converter 12. Maximum input voltage (V
M12 ) into the computer (5). Next, in step 15, the raw material in the crucible is melted, and then seeding and pulling are started, and the input voltage of the first signal converter 10 (V
10 ) Detect and convert to weight. The accumulated time from the start of pulling in step 16 is measured, and the crystal length during growth (L)
Is calculated. The crystal diameter during growth (D 1 ) is calculated from the weight value converted in step 17. In step 18, the amount of weight increase determined in advance is compared with the weight during growing, and an amount corresponding to the difference is added to the analog controller (8) to control the current flowing through the high-frequency coil, thereby controlling the diameter of the crystal diameter during growing. Is performed. Next, in step 19, it is determined whether or not the time (T 1 ) when D 1 has reached D 0 is set. If T 1 is not set, the process proceeds to step 20, where D 1 is D 0 ≦ D 1 In the case of, V 10 ≦ V M10 is determined in step 21, and if V 10 ≦ V M10 , V 10 is detected in step 22 and converted into weight, and
Proceed to 6 to continue the training. If V 10 ≦ V M10 , V 11 is detected in step 23 and converted into weight, and the process proceeds to step 16. If D 0 ≦ D 1 in step 20, the current time (T 1 ) is set in step 24. When it is determined V 11 ≦ V M11 V 11 ≦ V M11 in step 26 when in step 25 is not a L = L 0, and detects the V 11 was converted to weight in step 27, the process proceeds to step 16. When V 11 ≦ V M11 is not satisfied, V 12 is detected in step 28 and converted into weight, and the process proceeds to step 16. Also in step 19
If T 1 is set, the routine proceeds to step 25, and, when at step 25 of L = L 0 disconnected from solution crystal during the growth, development is completed.
上述のように育成結晶を肩作り部と直胴部とで別々に
重量検出し、結晶育成することにより、特に重量増加率
の低い肩作り部分においては高精度で重量検出が可能で
あり、この結果、理想的な肩作りが行なえ高品質な単結
晶が育成できる。又、育成過程で、育成結晶が予想より
も重量が大きくなった場合でも育成可能であり更に複数
の重量信号を同時に検出すれば、信号変換器の故障,ロ
ードセルの故障も発見できるし、信号ラインからの雑音
補正も可能である。As described above, by separately detecting the weight of the grown crystal in the shoulder forming portion and the straight body portion and growing the crystal, it is possible to detect the weight with high precision, particularly in the shoulder forming portion where the weight increase rate is low. As a result, an ideal shoulder can be formed and a high-quality single crystal can be grown. Further, even if the weight of the grown crystal becomes larger than expected in the growing process, it is possible to grow the crystal. If a plurality of weight signals are detected at the same time, the failure of the signal converter and the failure of the load cell can be found, and the signal line can be detected. Noise correction from is also possible.
次に、具体的に数値を用いて説明する。第1図の単結
晶育成装置を用い、目標とする単結晶の結晶径(D0)=
φ32結晶の長さ(L0)=200mmと設定し、第2の信号変
換器11の最大入力電圧(VM11)=75mVで出力電圧を10V,
第1の信号変換器10の最大入力電圧(VM10)=15mVで出
力電圧を10V,第3の信号変換器12の最大入力電圧
(V12)=150mVで出力電圧を10Vにそれぞれ設定した。
この時のロードセルの重量検出可能範囲は1.5kgで出力
電圧は150mVである。これらの情報をパーソナルコンピ
ュータ5に入力しておく。又、第1〜第3の信号変換器
10〜11の入出力等性を第3図に示した。Next, a specific description will be given using numerical values. Using the single crystal growing apparatus shown in FIG. 1, the target crystal diameter of the single crystal (D 0 ) =
The length (L 0 ) of the φ32 crystal is set to 200 mm, the maximum input voltage (V M11 ) of the second signal converter 11 is 75 mV, and the output voltage is 10 V,
The output voltage was set to 10 V when the maximum input voltage (V M10 ) of the first signal converter 10 was 15 mV, and the output voltage was set to 10 V when the maximum input voltage (V 12 ) of the third signal converter 12 was 150 mV.
At this time, the load detectable range of the load cell is 1.5 kg and the output voltage is 150 mV. These pieces of information are input to the personal computer 5. Also, first to third signal converters
FIG. 3 shows the input / output equivalence of 10 to 11.
次に85φ×100h×1.7tのIrるつぼ1にNd:YAG単結晶原
料(高純度Al2O3,Y2O3に0.8at%Ndをドープしそれぞれ
適当量秤量し混合した)を2100g加え保温耐火物を設置
し、高周波コイル3の中心に設けた。パーソナルコンピ
ュータ5の指令によって、D/A変換回路7を介してアナ
ログコントローラ8,高周波発振器9によって高周波コイ
ル3に電力が加わりIrルツボ内の原料1を熔解した、次
にYAG単結晶(Ndドープしていない)を種結晶<111>と
し、前記熔液に浸し、最適な温度条件であることを確認
し、引上げを開始した。引上げ速度1mm/hrで回転速度は
20rpmとした。引上げ開始してから育成結果の太り方が
約30゜になるように目標とする径(DX)のプログラムを
設定しロードセルからの信号4、あるいは真空熱電対13
からの信号を用いパーソナルコンピュータで高周波電力
の出力を制御している。引上げ開始直後の第1の信号変
換器10の入力値は4.2mV(42g)であった。引上げを開始
してから29時間(T1)後にD1は30φに達し肩出しの制御
を行った。この時信号検出器10は11mV(110g)であっ
た。その後第2の信号変換器11の検出信号(V1L)を用
い第4図の直胴部の直径制御を開始した。180時間後、
引上げ長さが180mmに達したため結晶の切り離しを行い
育成を終了した。このときの第2の信号変換器11の出力
値は72mV(720g)であった。なお重量信号の確認は第3
図肩出しの部では第1〜第3の信号変換器10,11,12直胴
部では第2,第3の信号変換器11,12によりそれぞれの検
出値の比較を常時行っている。育成された結晶は角のな
い非常に滑らかな肩作がされており、更に、結晶から切
り出したロッド(4φ×10mm)を位相差により複屈折測
定すると4n=1×10-7以下が得られ、光学歪の非常に少
ない高品質なNd:YAG単結晶が得られた。Next, 2100 g of Nd: YAG single crystal raw material (high purity Al 2 O 3 , Y 2 O 3 doped with 0.8 at% Nd, weighed and mixed in appropriate amounts, respectively) were placed in an Ir crucible 1 of 85φ × 100 h × 1.7 t. In addition, a heat insulating refractory was installed and provided at the center of the high frequency coil 3. According to a command from the personal computer 5, power is applied to the high-frequency coil 3 by the analog controller 8 and the high-frequency oscillator 9 via the D / A conversion circuit 7, and the raw material 1 in the Ir crucible is melted. ) Was used as a seed crystal <111>, immersed in the melt, and confirmed to be under the optimal temperature condition. At a pulling speed of 1 mm / hr, the rotation speed is
20 rpm. Set the program of the target diameter (D X ) so that the fattening result of the growth result becomes about 30 mm after the start of pulling up, and set the signal 4 from the load cell or the vacuum thermocouple 13
The output of high-frequency power is controlled by a personal computer using signals from the PC. The input value of the first signal converter 10 immediately after the start of pulling was 4.2 mV (42 g). 29 hours (T 1 ) after the pulling was started, D 1 reached 30φ and the shoulder was controlled. At this time, the signal detector 10 was 11 mV (110 g). Thereafter, the diameter control of the straight body portion shown in FIG. 4 was started using the detection signal (V 1L ) of the second signal converter 11. After 180 hours,
Since the pulled length reached 180 mm, the crystal was cut off and the growth was completed. At this time, the output value of the second signal converter 11 was 72 mV (720 g). Confirmation of weight signal is 3rd
In the part with the shoulders shown in the figure, the first to third signal converters 10, 11, 12 directly compare the respective detected values by the second and third signal converters 11, 12 in the straight body. The grown crystal has a very smooth shoulder with no corners. Further, when a rod (4φ × 10 mm) cut from the crystal is measured for birefringence by phase difference, 4n = 1 × 10 -7 or less is obtained. Thus, a high-quality Nd: YAG single crystal with very little optical distortion was obtained.
以上説明したように、本発明単結晶育成装置は、最大
読取り可能範囲が異なる第1〜第3の信号変換器を有し
ているので、肩作り部,直胴部の育成中及び育成終止点
における重量測定を高精度に行うことが可能となり、従
ってこの単結晶育成装置を用い、所定のプログラムにそ
って育成結晶の結晶径を制御することにより高品質の単
結晶育成を再現性よく行うことが可能となる効果があ
る。As described above, since the single crystal growing apparatus of the present invention has the first to third signal converters having different maximum readable ranges, during the growth of the shoulder making portion and the straight body portion and at the growth end point. It is possible to perform high-quality single crystal growth with good reproducibility by controlling the crystal diameter of the grown crystal according to a predetermined program using this single crystal growth apparatus. There is an effect that becomes possible.
第1図は本発明単結晶育成装置の一実施例のブロック
図、第2図は本発明単結晶育成方法における育成中の結
晶重量読み取り方法を説明するためのフローチャート、
第3図は第1〜第3の信号変換器の入力電圧と出力電圧
の関係を示す図、第4図は結晶育成の結晶各部を説明す
るための図である。1はIrるつぼ、2はNd:YAG単結晶、
3は高周波コイル、4はロードセル、5はパーソナルコ
ンピュータ、6はA/D変換器、7はD/A変換器、8はアナ
ログコントローラ、9は高周波発振器、10,11,12はそれ
ぞれ第1〜第3の信号変換器、13は真空熱電対である。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the single crystal growing apparatus of the present invention, FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of reading a crystal weight during growing in the single crystal growing method of the present invention,
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the input voltage and the output voltage of the first to third signal converters, and FIG. 4 is a diagram for explaining each part of the crystal for growing the crystal. 1 is an Ir crucible, 2 is a Nd: YAG single crystal,
3 is a high-frequency coil, 4 is a load cell, 5 is a personal computer, 6 is an A / D converter, 7 is a D / A converter, 8 is an analog controller, 9 is a high-frequency oscillator, and 10, 11, and 12 are first to first, respectively. The third signal converter, 13 is a vacuum thermocouple.
Claims (2)
周波コイル、前記高周波コイルで加熱されるるつぼ内の
単結晶原料の熔融物から育成される単結晶体の重量を測
定するロードセル、前記ロードセルの出力電圧をA/D変
換器の入力条件に合った信号に変換する信号変換回路、
前記真空熱電対の出力信号を所定値Mに近づけるように
前記供給電力を制御するアナログコントローラ及び前記
信号変換回路の出力信号から前記単結晶体の重量の増加
速度を求めて所定のプログラムにそって前記Mを変化さ
せる結晶系制御手段を含んでなる単結晶育成装置におい
て、前記信号変換回路は、最大読み取り可能範囲がそれ
ぞれ育成予定結晶重量値VSの10〜15%、VS及びロードセ
ルの最大計測可能重量値である第1の信号変換器、第2
の信号変換器及び第3の信号変換器を並列接続したもの
であることを特徴とする単結晶育成装置。1. A high-frequency coil provided with a vacuum thermocouple for measuring supplied power, a load cell for measuring the weight of a single crystal grown from a melt of a single crystal raw material in a crucible heated by the high-frequency coil, A signal conversion circuit that converts the output voltage of the load cell to a signal that matches the input conditions of the A / D converter,
An analog controller that controls the supply power so that the output signal of the vacuum thermocouple approaches a predetermined value M, and a rate of increase in the weight of the single crystal body is obtained from an output signal of the signal conversion circuit, according to a predetermined program. in single crystal growing apparatus comprising a crystal system control means for changing the M, the signal conversion circuit, 10-15% of the maximum read range, each grown scheduled crystal weight value V S, the maximum V S and the load cell A first signal transducer that is a measurable weight value, a second
A single crystal growing apparatus, wherein the signal converter and the third signal converter are connected in parallel.
周波コイル、前記高周波コイルで加熱されるるつぼ内の
単結晶原料の熔融物から育成される単結晶体の重量を測
定するロードセル、前記ロードセルの出力電圧をA/D変
換器の入力条件に合った信号に変換する信号変換回路、
前記真空熱電対の出力信号を所定値Mに近づけるように
前記供給電力を制御するアナログコントローラ及び前記
信号変換回路の出力信号から前記単結晶体の重量の増加
速度を求めて所定のプログラムにそって前記Mを変化さ
せる結晶系制御手段を含み、前記信号変換回路は、最大
読み取り可能範囲がそれぞれ育成予定結晶重量値VSの10
〜15%、VS及びロードセルの最大計測可能重量値である
第1の信号変換器、第2の信号変換器及び第3の信号変
換器を並列接続したものである単結晶育成装置を用い、
予め目標とする結晶径D0と結晶の長さL0を設定すると共
に第1の信号変換器の最大入力電圧VM10,第2の信号変
換器の最大入力電圧VM11,第3の信号変換器の最大入力
電圧V12,を演算機器に入力し、育成中の結晶の重量を適
当な時間間隔で算出する際に、育成を開始してから育成
結晶径D1がD0≦D1となる時刻T1までの間は、第1の信号
変換器の入力電圧V10がV10≦VM10のときV10の電圧を基
に重量値を算出し、V10>VM10のとき第2の信号変換器
の入力電圧V11を基に重量値を算出し、T1以降育成結晶
の長さLがL=L0に到達するまでの間はV11がV11≦VM11
のときV11を基に重量値を算出し、V11がV11>VM11のと
き第3の信号変換器の入力電圧V12を基に重量値を算出
し、そしてその重量増加速度を基にあらかじめ決定した
プログラムによって所定値Mを変化させて結晶径制御を
行なうことを特徴とする単結晶育成方法。2. A high-frequency coil provided with a vacuum thermocouple for measuring supplied power, a load cell for measuring the weight of a single crystal grown from a melt of a single crystal raw material in a crucible heated by the high-frequency coil, A signal conversion circuit that converts the output voltage of the load cell to a signal that matches the input conditions of the A / D converter,
An analog controller that controls the supply power so that the output signal of the vacuum thermocouple approaches a predetermined value M, and a rate of increase in the weight of the single crystal body is obtained from an output signal of the signal conversion circuit, according to a predetermined program. It includes a crystal system control means for changing the M, the signal conversion circuit 10 maximum scan range of each grown scheduled crystal weight value V S
To 15%, V S and a first signal converter is the maximum measurable weight value of the load cell, a single crystal growing apparatus in which the second signal converter, and a third signal converter connected in parallel with,
The target crystal diameter D 0 and the crystal length L 0 are set in advance, and the maximum input voltage V M10 of the first signal converter, the maximum input voltage V M11 of the second signal converter, and the third signal conversion When the maximum input voltage V 12 of the vessel is input to the computing device and the weight of the growing crystal is calculated at appropriate time intervals, the growing crystal diameter D 1 after starting the growing is D 0 ≦ D 1 . between times T 1 comprising the input voltage V 10 of the first signal converter calculates the weight value based on a voltage of V 10 when V 10 ≦ V M10, second when V 10> V M10 the input voltage V 11 of the signal converter to calculate the weight value based on the, V 11 until length L of the T 1 after growing crystals reaches the L = L 0 is V 11 ≦ V M11
Group to calculate the weight value based on V 11, V 11 calculates the weight value based on the input voltage V 12 of the third signal converter when V 11> V M11, and the weight gain rate when the And controlling the crystal diameter by changing a predetermined value M according to a program determined in advance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29580889A JP2811826B2 (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Single crystal growing apparatus and single crystal growing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29580889A JP2811826B2 (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Single crystal growing apparatus and single crystal growing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03159984A JPH03159984A (en) | 1991-07-09 |
JP2811826B2 true JP2811826B2 (en) | 1998-10-15 |
Family
ID=17825436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29580889A Expired - Lifetime JP2811826B2 (en) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | Single crystal growing apparatus and single crystal growing method |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2811826B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102371331B1 (en) | 2014-10-28 | 2022-03-04 | 스펙트럼 브랜즈, 인크. | Lock with water-resistant touch keypad |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP29580889A patent/JP2811826B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03159984A (en) | 1991-07-09 |
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