JP4719970B2 - Artificial quartz growth control plate, method for producing artificial quartz using the control plate, and artificial quartz produced by the production method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子や光学用素子などとして使用される人工水晶の製造方法及びその製造方法により得られる人工水晶に関し、特に特定方位の成長面を選択的に成長させる製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
水熱合成法による人工水晶の育成は、人工水晶育成炉(オートクレーブ)内に、対流制御板を挟んで、下側に育成用原料(原料水晶)を、上側に種子水晶をそれぞれ設置する。また、育成炉内に育成用溶液(アルカリ溶液)を充填し、育成炉を密封し加熱する。そして、育成炉の上側よりも下側が高温となるように温度勾配をつけ、育成用溶液を育成炉内で熱対流させる。これにより、育成炉内の下部で溶解した育成用原料が、育成炉内の上部に達し、その際、冷却されて過飽和状態となって種子水晶上に析出成長する。この動作を所定期間連続して行うことにより、所定の大きさの人工水晶が得られる。
【0003】
近年においては人工水晶を水晶振動子用のほかに光学部品として用いたり、弾性表面波素子として用いる用途が増加している。光学部品として用いる場合は結晶内の不純物を極力減少させることが求められ、また弾性表面波素子として用いる場合は、製造効率の観点から、特定の成長領域を大きなウェハで提供することを求められていた。このような要求に対応させるため、特公昭57−49520号に開示されたように特定の方位を主として成長させる製造方法が発明された。特公昭57−49520号は、水晶とは異質な材料からなる板(制御板)によって種子水晶の上部基本成長面を遮断し、これにより下部基本成長面に結晶を生成させる製造方法である。その中には制御板本体に対し+X軸方向の成長を抑制する垂直な側壁を有するL字形制御板が開示されており、これにより2方向の成長を制御し、実用領域を広く確保する製造方法が示されている。
【0004】
しかしながらこのような屈曲角度が直角のL字形制御板を用いた場合、L字形の角部分にまで水晶が成長し、人工水晶育成完了時にはL字形制御板と成長した人工水晶とが強固に密着してしまうことがあった。このような場合、水晶の切り離し作業が困難で、当該作業により人工水晶にクラックが発生し、水晶振動素子として使用できる使用可能領域が減少し、製造歩留まりが低下することがあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、実用領域が大きく、また成長した人工水晶と制御板との切り離しが容易で、かつ人工水晶の損傷が少なく品質の良好な人工水晶育成用制御板、及び当該制御板を用いた人工水晶の製造方法、及び当該製造方法による人工水晶を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明者は、複数方向に対して人工水晶の成長を規制する制御板について、育成対象の水晶と強固に固着することのない制御板の検討を行った結果、制御板本体と側壁がなす角度を鋭角に調整することにより、また側壁において内側に突出した突起または突条を形成することにより上記問題を解決することを見いだしたものであり、次の各構成を特徴としている。
【0007】
すなわち請求項1に示すように、熱対流を用いた水熱合成法により人工水晶を製造するにあたり、種子水晶の主面に密接させて特定の方向の成長を抑制する制御板であって、 当該制御板は前記種子水晶の少なくとも一つの側面の成長を抑制する側壁を有するとともに、制御板本体と前記側壁がなす角度が70度〜88度であることを特徴としている。
【0008】
請求項1によれば、種子水晶は制御板の配置された方向とは逆の方向に主として成長する。例えばZ板水晶(X−Y平面)は主たる成長面が厚み方向(Z軸方向)であるが、一方のZ成長面側のみを成長させる場合、他方のZ成長面に制御板を密接させ、この状態で育成を進めることにより、主として一方のZ成長面側に結晶が成長する。
【0009】
また、種子水晶の側面の成長を抑制する側壁を設けているが、制御板本体と側壁の角部の角度が鋭角であるため、当該角部に供給されるアルカリ溶液が制限される。このため、図4に示すように斜線で示した成長領域6aが先に側壁に到達し、これにより角部には新たなアルカリ溶液が供給されにくくなる。よって角部における人工水晶の成長が極端に鈍化すると考えられる。なお、図4は制御板を+X軸方向(側壁がわ)から見た図であり、6は種子水晶、61は成長した人工水晶、7は制御板、71は側壁である。
【0010】
前記角度は90度未満であることが必要であるが、角度が小さすぎるとアルカリ溶液の供給が最初から極端に低下し、実用領域の成長を阻害するので注意が必要である。図5各図は前記角部の角度と人工水晶の成長を模式的に示した図である。図5各図において6は種子水晶、、61は成長した人工水晶、7は制御板、71は側壁である。図5(a)は側壁が制御板本体主面に対して90度に立設した場合である。この場合熱対流の状況にも依存するが多くの場合角部Cにまで人工水晶が成長してしまう。図5(b)は側壁の角度が82度に内倒した状態である。側壁の先端は種子水晶6の端部を覆う構成とはなっていない。この場合、育成日数に関わらず角部Cの領域までは人工水晶は成長しない。図5(c)は側壁の角度が約65度でかなり内倒した状態である。側壁の先端は種子水晶6の端部を覆う構成、すなわち側壁の先端から制御板本体に対して垂線を下ろした場合、種子水晶と交わる状態となっている。この場合、育成日数に関わらず角部Cの領域までは人工水晶は成長しないが、側壁の先端部分が種子水晶のZ方向の成長すなわち実用領域の成長を阻害してしまう。
【0011】
前記角度は、側壁寸法にも依存するが、実験的には70度〜88度の範囲では良好な人工水晶育成を行うことができた。側壁の先端部分から制御板本体に垂線を下ろした場合、種子水晶6の端部を覆う状態とならない程度の角度であればよい。なお、人工水晶育成環境並びにオートクレーブ内における制御板の設置状態(傾き等)のバラツキを考慮すると前記角度は72度〜85度が好ましい。
【0012】
また請求項2に示すように、熱対流を用いた水熱合成法により人工水晶を製造するにあたり、種子水晶の主面に密接させて特定の方向の成長を抑制する人工水晶育成用制御板であって、当該制御板は前記種子水晶の少なくとも一つの側面の成長を抑制する側壁を有するとともに、制御板本体と前記側壁がなす角度が70度〜88度であり、前記側壁には内側に突出する突起または突条が形成されている構成であってもよい。
【0013】
請求項2によれば、上述の角度を鋭角に設定した場合と同様の作用を得ることができる。すなわち、側壁には内側に突出する突起または突条が形成されているので、当該突起または突条により特に角部に供給されるアルカリ溶液が制限される。このため、突起または突条部分に先に成長領域が到達し、これにより角部における人工水晶の成長が極端に鈍化すると考えられる。よって角部にまで人工水晶の成長が進むことがない。
【0014】
また請求項3に示すように、請求項1または請求項2において前記制御板が金属からなる構成としてもよい。
【0015】
請求項3によれば、制御板を金属で構成しているので、折り曲げたりあるいは突起、突条を設ける等の塑性加工が容易であり、制御板本体と側壁の角度調整あるいは側壁において任意の位置に突起を設ける等の作業を自在に行うことができる。
【0016】
さらに請求項4に示すように、請求項1または請求項2において、前記制御板が表面に水晶被膜を生成させた金属板からなる構成としてもよい。
【0017】
請求項4によれば、上記各効果に加えて、金属板表面に生成された水晶被膜と育成された人工水晶は強固に固着することがなく、育成完了後の制御板が配置されたZ成長面はほぼ種子水晶の平面状態を維持している。従って制御板からの剥離がきわめて容易で、剥離作業時において育成された人工水晶に破損を生じさせることがない。また種子水晶の平面状態を維持しているため、切断方位が確定しているきわめて平滑な面を得ることができるので、後工程の各種切断加工工程において基準面として用いることができる。
【0018】
請求項5は、上記各制御板を用いた人工水晶の製造方法に関し、所定切断方位の種子水晶の上面に請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の制御板を設け、熱対流を用いた水熱合成法による人工水晶の製造方法を開示している。
【0019】
請求項5によれば、制御板本体と側壁との角度を鋭角にすることにより、角部における水晶成長を抑止する。また育成炉内では育成用溶液を熱対流させるが、育成溶液とともに不純物も熱対流する。上記構成によれば、育成する種子水晶の上方(多くの場合熱対流の上流側)に制御板を配置する構成であるので、種子水晶および結晶成長が進んだ人工水晶への不純物の沈着を防止する。従って不純物の少ない人工水晶を得ることができる。また、成長した水晶は種子水晶が端面に位置する構成であるので、当該端部の種子水晶部分を切除することにより、水晶の光学的特性等を阻害しない、良好かつ均一な品質の人工水晶を得ることができる。
【0020】
さらに請求項4記載の制御板を用いた場合は、制御板からの剥離がきわめて容易で、剥離作業時において育成された人工水晶に破損を生じさせることがない。また種子水晶の平面状態を維持しているため、切断方位が確定しているきわめて平滑な面を得ることができる
【0021】
また請求項6は種子水晶の具体構成を示した場合の人工水晶の製造方法であり、種子水晶がX−Y平面水晶板であり、主として一方のZ軸方向へ水晶を成長させるとともに、+X軸側に側壁を形成した請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の制御板を用いることにより、+X軸方向への成長を抑制したことを特徴としている。
【0022】
X−Y平面水晶(Z板水晶)は主たる成長面が厚み方向(Z軸方向)であるが、一方のZ成長面側のみを成長させる場合、他方のZ成長面に制御板を密接させ、この状態で育成を進めることにより、主として一方のZ成長面側に結晶が成長する。請求項6によれば、請求項5による作用効果に加えて、良好かつ均一な品質のZ軸方向に伸長した人工水晶を得ることができる。
【0023】
請求項5または請求項6に記載された製造方法により製造される人工水晶は、制御板からの剥離がきわめて容易で、剥離作業による育成された人工水晶に破損を生じさせることがなく、切断方位が確定しているきわめて平滑な面を得ることができる。また不純物の含有量もきわめて少なくすることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0025】
−人工水晶育成炉の構成説明−
先ず、本発明に係る人工水晶育成用溶液(以下、単に育成用溶液と呼ぶ)を使用して人工水晶の育成を行うための人工水晶育成炉(以下、単に育成炉と呼ぶ)の構成について説明する。
【0026】
図1は、本形態に係る育成炉1の内部構成を示す断面図である。この図1に示すように、育成炉1は、炉本体2の外周囲に図示しない電気炉が配設されており、この電気炉3によって炉本体2が加熱されるようになっている。上記炉本体2は、上部が開放された有底円筒状であり、上端開口21には、炉本体2の内部空間4を密閉するための蓋体22が装着されている。この蓋体22には、炉本体2の内部圧力を計測するための圧力計が取り付けられている。更に、炉本体2の内部空間4の上下方向中間位置には対流制御板23が配設されている。この対流制御板23によって、炉本体2の内部空間4は、下側の原料室41と上側の育成室42とに仕切られている。
【0027】
上記原料室41には、育成用原料である天然水晶(ラスカ)5が収容されている。一方、育成室42には、水晶育成棚Fに支持された複数枚の種子水晶6,6,…が収容されている。
【0028】
また、この炉本体2の内部空間4には、本形態の特徴とする育成用溶液(アルカリ溶液)が充填されている。
【0029】
−人工水晶育成動作の説明−
上述の如く天然水晶5及び種子水晶6が収容され、且つ育成用溶液が充填された育成炉1による人工水晶育成動作について以下に説明する。
【0030】
この育成動作では、上記電気炉3によって炉本体2を加熱する。この加熱状態としては、育成室42よりも原料室41が高温となるように設定し、この温度差によって、育成用溶液を高温高圧の元で原料室41と育成室42との間を熱対流させる。本形態では、例えば、育成室42の温度を320℃に設定し、原料室41の温度を360℃に設定している。つまり、両室41,42の温度差を40℃に設定することで熱対流を行わせている。尚、この両室41,42の温度及び温度差はこれに限るものではない。
【0031】
これにより、原料室41で溶解した天然水晶5が、育成室42に達し、その際、冷却されて過飽和状態となって種子水晶6上に析出成長する。この動作を所定期間連続して行うことにより、所定の大きさの人工水晶が得られる。
【0032】
図2は種子水晶を取り付ける構成を示す分解斜視図である。図中に水晶の結晶軸方位(X、Y、Z)を示しており、以降の図面についても同様に示している。また図3は図2において組み立てた状態の短手方向断面図、図4は同長手方向側面図である。
【0033】
種子水晶6は矩形のZ板水晶であり、育成炉の鉛直方向に対して直角に位置するよう多数個支持されている。より詳しくは前記水晶育成棚Fには一対の支持具F1,F1が多数個所定の間隔を持って配置されており、当該支持具F1,F1間に種子水晶6が架設状態で支持されている。各支持具には位置決め用の段部F2,F2が形成されており、種子水晶の上面側には制御板7が種子水晶と密接して設置されている。制御板7は水晶被膜7bが表面に形成された鉄板(金属板)を用いているとともに、X軸方向の成長を規制する側壁71を有している。
【0034】
鉄板に水晶被膜を生成させる方法は、例えば図1に示すような育成炉により短期間の水熱合成により形成する。すなわち育成炉の原料室にはラスカを収納し、育成室には制御板の母材7aを構成する鉄板を所定の間隔に吊り下げ、数日間水晶育成と同様の環境下におく。これにより鉄板の表面には薄い結晶化した水晶が析出し、表面に水晶被膜(結晶化した被膜)7bが形成された制御板7を得ることができる。このような手法はもちろん図6に示すような側壁を複数箇所に有する金属板にも適用できる。
【0035】
制御板本体70と側壁71との角度は約82度の鋭角に設定されている。種子水晶を前記支持具F1,F1に架設した後、制御板により種子水晶の上面を被覆し、当該制御板は図示しない係止具等により前記支持具F1,F1に固定される。
【0036】
水晶育成を進めると図3,図4中点線で示すように種子水晶は主として制御板のないZ軸方向に結晶成長するとともに、X軸方向にも成長する。このとき+X軸側には側壁71が形成され、当該側壁71が鋭角に内倒しているので、角部Cに供給されるアルカリ溶液が制限される。このため、図4に示すように斜線で示した領域6aが先に側壁71に到達し、角部Cにまで人工水晶の成長が進むことがなくなる。これにより育成完了後の人工水晶と後工程における制御板との取り外し作業が容易となり、人工水晶に対する損傷を最小限にとどめることができる。
【0037】
支持具の他の構成について図面とともに説明する。図6は分解斜視図、図7は図6を組み立てた場合の長手方向断面図、図8は同短手方向断面図である。この構成においては、上記実施の形態に対して制御板の構成が異なっている。すなわち制御板8は鉄板(金属板)を用いているとともに、X軸方向の成長を規制する側壁81,82を有している。制御板本体と側壁との角度は両者とも88度である。これはX軸方向の両方に側壁が形成された構成であるので、種子水晶部分にはアルカリ溶液の供給が若干少なくなる構成である。従って上記実施の形態の場合よりも開構造に設定することにより、アルカリ溶液の供給を促進し、効率的な水晶育成を目指している。
【0038】
図6に示すように、前記水晶育成棚Fには一対の支持具F1,F1が多数個所定の間隔を持って配置されており、当該支持具F1,F1間に種子水晶6が架設状態で支持されている。種子水晶の上面側には制御板8が種子水晶と密接して設置されている。当該制御板8は係止具等により前記支持具F1,F1に固定される。
【0039】
このような構成によれば、Z面の一方の成長面並びに−X面、+X面の成長が規制された人工水晶を得ることができ、各規制された成長面は平坦な状態とすることができる。
【0040】
次に制御板の側壁に突起を形成した構成について図面とともに説明する。図9人工水晶が育成された状態を示す制御板の短手方向断面図である。この構成においては、上記実施の形態に対して制御板の構成が異なっている。すなわち制御板9は鉄板(金属板)を用いているとともに、X軸方向の成長を規制する側壁91を有している。当該側壁には種子水晶設置側に突出する突起91aが形成されている。当該突起は複数形成することが好ましく、成長した人工水晶が側壁に接触する状態を予測し、必要な部分に突起を形成することにより、人工水晶の成長形状を制御することもできる。また突起の大きさを変化させることによって、より精度よく人工水晶の成長形状を制御することも可能である。
【0041】
図10は側壁91を有する制御板9に複数の突起を形成した例を示している。なお、図10は+X側から−X方向に向かって側面を見た図であり、6は種子水晶を示している。また突起は−X方向に突出するとともに、その大きさを変化させており、中央部分の突起91bから端部に向かうに従って突起91c、91dとそのサイズを大きく設定している。これにより人工水晶の成長形状を制御している。
【0042】
図11は側壁91を有する制御板9に帯状に延びる突条91eを形成した例を示している。なお、図11も+X側から−X方向に向かって側面を見た図であり、6は種子水晶を示している。当該突条により人工水晶の成長形状を制御している。
【0043】
また突起と突条を組み合わせたり、また前述側壁の角度の調整と突起または突条の組み合わせ構成を採用することにより、効率的なアルカリ溶液(育成用溶液)供給の制御を行うことができる。
【0044】
【発明の効果】
請求項1によれば、制御板本体と側壁の角部の角度が鋭角であるため、特定の複数方向の結晶成長を抑制するとともに、前記角部にまで人工水晶が成長がおよばないようにすることができる。よって、実用領域が大きく、また成長した人工水晶と制御板との切り離しが容易で、かつ人工水晶の損傷の少ない、人工水晶育成用制御板及び当該制御板を用いた人工水晶の製造方法及び当該製造方法による人工水晶を得ることができる。
【0045】
また請求項2によれば、側壁には内側に突出する突起または突条が形成されているので、特定の複数方向の結晶成長を抑制するとともに、前記角部にまで人工水晶が成長がおよばないようにすることができる。よって、実用領域が大きく、また成長した人工水晶と制御板との切り離しが容易で、かつ人工水晶の損傷の少ない、人工水晶育成用制御板及び当該制御板を用いた人工水晶の製造方法及び当該製造方法による人工水晶を得ることができる。
【0046】
さらに請求項3によれば、制御板を金属で構成しているので、折り曲げ加工が容易であり、制御板本体と側壁の角度調整を自在に行うことができる。
【0047】
請求項4によれば、上記各効果に加えて、金属板表面に生成された水晶被膜と育成された人工水晶は強固に固着することがなく、育成完了後の制御板が配置されたZ成長面はほぼ種子水晶の平面状態を維持している。従って制御板からの剥離がきわめて容易で、剥離作業時において育成された人工水晶に破損を生じさせることがない。また種子水晶の平面状態を維持しているため、切断方位が確定しているきわめて平滑な面を得ることができるので、後工程の各種切断加工工程において基準面として用いることができる。
【0048】
請求項5によれば、制御板本体と側壁との角度を鋭角にすることにより、角部における水晶成長を抑止する。また育成炉内では育成用溶液を熱対流させるが、育成溶液とともに不純物も熱対流する。上記構成によれば、育成する種子水晶の上方(多くの場合熱対流の上流側)に制御板を配置する構成であるので、種子水晶および結晶成長が進んだ人工水晶への不純物の沈着を防止する。従って不純物の少ない人工水晶を得ることができる。
【0049】
請求項6によれば、請求項5による作用効果に加えて、成長した水晶は種子水晶が端面に位置するZ軸方向に成長した人工水晶であるので、水晶の光学的特性等を阻害せず、光学部品に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】育成炉の内部構成を示す断面図
【図2】支持具を示す分解斜視図
【図3】図2により育成を行った状態の長手方向断面図
【図4】図2により育成を行った状態の短手方向断面図
【図5】角部の角度と人工水晶の成長を模式的に示した図
【図6】支持具の他の構成例を示す分解斜視図
【図7】図6により育成を行った状態の長手方向断面図
【図8】図6により育成を行った状態の短手方向断面図
【図9】制御板の他の構成例を示す断面図
【図10】制御板の他の構成例を示す側面図
【図11】制御板の他の構成例を示す側面図
【符号の説明】
1 人工水晶育成炉
2 炉本体
4 内部空間
5 天然水晶
6 種子水晶
7、8、9 制御板
71,81,82、91 側壁
91a、91b、91c、91d 突起
91e 突条
F1 支持具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an artificial quartz used as a crystal resonator, an optical element, and the like, and an artificial quartz obtained by the manufacturing method, and more particularly to a manufacturing method for selectively growing a growth surface having a specific orientation.
[0002]
[Prior art]
In the artificial crystal growth by the hydrothermal synthesis method, a raw material for growth (raw material crystal) is placed on the lower side and a seed crystal on the upper side, with a convection control plate sandwiched in an artificial crystal growth furnace (autoclave). Further, the growth furnace is filled with a growth solution (alkali solution), and the growth furnace is sealed and heated. Then, a temperature gradient is applied so that the temperature lower than the upper side of the growth furnace is higher, and the growth solution is convected in the growth furnace. Thereby, the raw material for growth melt | dissolved in the lower part in a growth furnace reaches the upper part in a growth furnace, and at that time, it will be cooled and will be in a supersaturated state and will precipitate and grow on a seed crystal. By performing this operation continuously for a predetermined period, an artificial quartz crystal having a predetermined size can be obtained.
[0003]
In recent years, the use of artificial quartz as an optical component in addition to quartz resonators or as a surface acoustic wave element is increasing. When used as an optical component, it is required to reduce impurities in the crystal as much as possible, and when used as a surface acoustic wave device, it is required to provide a specific growth region with a large wafer from the viewpoint of manufacturing efficiency. It was. In order to meet such a demand, a manufacturing method in which a specific orientation is mainly grown as disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-49520 was invented. Japanese Examined Patent Publication No. 57-49520 is a manufacturing method in which the upper basic growth surface of the seed crystal is cut off by a plate (control plate) made of a material different from the crystal, thereby generating crystals on the lower basic growth surface. Among them, an L-shaped control plate having a vertical side wall that suppresses growth in the + X-axis direction with respect to the control plate main body is disclosed, thereby controlling the growth in two directions and ensuring a wide practical area. It is shown.
[0004]
However, when such an L-shaped control plate with a right angle of bending is used, the crystal grows up to the corner of the L-shape, and when the artificial crystal growth is completed, the L-shaped control plate and the grown artificial crystal firmly adhere to each other. There was a case. In such a case, it is difficult to separate the crystal, and the work may cause a crack in the artificial quartz, and the usable area that can be used as a crystal resonator element is reduced, resulting in a decrease in manufacturing yield.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, has a large practical area, is easy to separate the grown artificial crystal from the control plate, and has a good quality with little damage to the artificial quartz. It is an object of the present invention to provide a control plate for crystal growth, a method for manufacturing an artificial crystal using the control plate, and an artificial crystal by the manufacturing method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventor conducted a study of a control plate that does not firmly adhere to a crystal to be grown with respect to a control plate that regulates the growth of artificial quartz in a plurality of directions. The present invention has been found to solve the above problems by adjusting the angle formed between the control plate body and the side wall to an acute angle, and by forming a protrusion or a ridge protruding inward on the side wall. It is characterized by.
[0007]
That is, as shown in claim 1, when manufacturing an artificial quartz crystal by hydrothermal synthesis using thermal convection, the control plate is brought into close contact with the main surface of the seed crystal and suppresses growth in a specific direction, The control plate has a side wall that suppresses growth of at least one side surface of the seed crystal, and an angle formed by the control plate main body and the side wall is 70 to 88 degrees .
[0008]
According to the first aspect, the seed crystal mainly grows in the direction opposite to the direction in which the control plate is arranged. For example, the main growth surface of the Z plate crystal (XY plane) is the thickness direction (Z-axis direction), but when only one Z growth surface side is grown, the control plate is brought into close contact with the other Z growth surface, By proceeding with the growth in this state, a crystal grows mainly on one Z growth surface side.
[0009]
Moreover, although the side wall which suppresses the growth of the side surface of a seed crystal is provided, since the angle of the corner | angular part of a control board main body and a side wall is an acute angle, the alkaline solution supplied to the said corner | angular part is restrict | limited. For this reason, as shown in FIG. 4, the growth region 6a indicated by hatching reaches the side wall first, and this makes it difficult to supply a new alkaline solution to the corners. Therefore, it is considered that the growth of the artificial quartz in the corner portion is extremely slowed down. 4 is a view of the control plate as viewed from the + X-axis direction (side wall), 6 is a seed crystal, 61 is a grown artificial crystal, 7 is a control plate, and 71 is a side wall.
[0010]
The angle needs to be less than 90 degrees. However, if the angle is too small, the supply of the alkaline solution is drastically reduced from the beginning, so that the growth of the practical area is hindered. FIG. 5 is a diagram schematically showing the angle of the corner and the growth of artificial quartz. In each figure, 6 is a seed crystal, 61 is a grown artificial crystal, 7 is a control plate, and 71 is a side wall. FIG. 5A shows a case where the side wall is erected at 90 degrees with respect to the main surface of the control plate main body. In this case, although depending on the state of thermal convection, in many cases, the artificial crystal grows up to the corner C. FIG. 5B shows a state in which the angle of the side wall is tilted to 82 degrees. The tip of the side wall is not configured to cover the end of the
[0011]
Although the angle also depends on the side wall dimensions, it was experimentally possible to perform good artificial quartz crystal growth in the range of 70 to 88 degrees. When the perpendicular is drawn from the front end portion of the side wall to the control plate main body, the angle may be an angle that does not cover the end portion of the
[0012]
Further, as shown in claim 2, in manufacturing an artificial crystal by a hydrothermal synthesis method using thermal convection, an artificial crystal growing control board that suppresses growth in a specific direction in close contact with the main surface of the seed crystal. The control plate has a side wall that suppresses growth of at least one side surface of the seed crystal, and an angle formed between the control plate main body and the side wall is 70 to 88 degrees, and protrudes inward from the side wall. The structure in which the protrusion or protrusion which performs is formed may be sufficient.
[0013]
According to claim 2, it is possible to obtain the same effect as when the above-mentioned angle is set to an acute angle. That is, since the protrusion or protrusion protruding inward is formed on the side wall, the alkaline solution supplied to the corner portion is particularly limited by the protrusion or protrusion. For this reason, it is considered that the growth region reaches the protrusion or the ridge portion first, and thereby the growth of the artificial quartz in the corner portion is extremely slowed down. Therefore, the growth of artificial quartz does not proceed to the corners.
[0014]
As shown in claim 3, the control plate according to claim 1 or 2 may be made of metal.
[0015]
According to the third aspect, since the control plate is made of metal, plastic processing such as bending or providing protrusions and protrusions is easy, and the control plate main body and the side wall can be adjusted in angle or at any position on the side wall. Work such as providing protrusions can be freely performed.
[0016]
Furthermore, as shown in claim 4, in claim 1 or claim 2, the control plate may be made of a metal plate having a quartz film formed on the surface thereof.
[0017]
According to claim 4, in addition to the above effects, the crystal growth generated on the surface of the metal plate and the grown artificial quartz are not firmly fixed, and the Z growth in which the control plate after the completion of the growth is arranged The surface is almost flat as a seed crystal. Therefore, peeling from the control plate is very easy, and the artificial quartz grown during the peeling operation is not damaged. In addition, since the flat state of the seed crystal is maintained, an extremely smooth surface with a fixed cutting orientation can be obtained, and therefore it can be used as a reference surface in various subsequent cutting processes.
[0018]
A fifth aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an artificial quartz crystal using each of the control plates, wherein the control plate according to any one of the first to fourth aspects is provided on the upper surface of the seed crystal having a predetermined cutting orientation, and thermal convection is used. Discloses a method for producing an artificial quartz crystal using a hydrothermal synthesis method.
[0019]
According to the fifth aspect of the present invention, crystal growth at the corner is suppressed by making the angle between the control plate main body and the side wall an acute angle. In the growth furnace, the growth solution is convectively heated, but impurities are also convected together with the growth solution. According to the above configuration, since the control plate is arranged above the seed crystal to be grown (in many cases, upstream of the thermal convection), it prevents the deposition of impurities in the seed crystal and the artificial crystal in which crystal growth has progressed. To do. Therefore, an artificial quartz with few impurities can be obtained. In addition, since the grown crystal has a structure in which the seed crystal is located on the end face, by excising the seed crystal part at the end, an artificial crystal of good and uniform quality that does not hinder the optical characteristics of the crystal is obtained. Obtainable.
[0020]
Further, when the control plate according to the fourth aspect is used, peeling from the control plate is very easy, and the artificial quartz grown during the peeling operation is not damaged. In addition, since the flat state of the seed crystal is maintained, it is possible to obtain a very smooth surface with a fixed cutting orientation.
A sixth aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an artificial quartz crystal in the case where a specific configuration of the seed crystal is shown. The seed crystal is an XY plane crystal plate, and the crystal is mainly grown in one Z-axis direction, and the + X axis By using the control plate according to any one of claims 1 to 4 in which a side wall is formed on the side, growth in the + X-axis direction is suppressed.
[0022]
The main growth surface of the XY plane crystal (Z plate crystal) is the thickness direction (Z-axis direction), but when only one Z growth surface side is grown, the control plate is brought into close contact with the other Z growth surface, By proceeding with the growth in this state, a crystal grows mainly on one Z growth surface side. According to the sixth aspect, in addition to the effect of the fifth aspect, it is possible to obtain an artificial quartz crystal extending in the Z-axis direction with good and uniform quality.
[0023]
The artificial quartz produced by the production method according to claim 5 or
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
-Explanation of the structure of the artificial crystal growth furnace-
First, the configuration of an artificial crystal growth furnace (hereinafter simply referred to as a growth furnace) for growing an artificial crystal using the artificial crystal growth solution (hereinafter simply referred to as a growth solution) according to the present invention will be described. To do.
[0026]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the growth furnace 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the growth furnace 1, an electric furnace (not shown) is disposed around the outer periphery of the furnace body 2, and the furnace body 2 is heated by the electric furnace 3. The furnace body 2 has a bottomed cylindrical shape with an open top, and a
[0027]
The
[0028]
Further, the interior space 4 of the furnace body 2 is filled with a growth solution (alkali solution) which is a feature of this embodiment.
[0029]
-Explanation of artificial crystal growth operation-
The artificial crystal growing operation by the growth furnace 1 containing the natural crystal 5 and the
[0030]
In this growing operation, the furnace body 2 is heated by the electric furnace 3. This heating state is set so that the
[0031]
As a result, the natural crystal 5 dissolved in the
[0032]
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration for attaching a seed crystal. In the figure, crystal axis directions (X, Y, Z) of quartz are shown, and the subsequent drawings are also shown in the same manner. 3 is a cross-sectional view in the lateral direction in the assembled state in FIG. 2, and FIG. 4 is a side view in the longitudinal direction.
[0033]
The
[0034]
As a method for generating a quartz film on an iron plate, for example, it is formed by hydrothermal synthesis for a short time in a growth furnace as shown in FIG. In other words, the raw material chamber of the growth furnace accommodates Lasca, and the iron plate constituting the
[0035]
The angle between the control plate main body 70 and the
[0036]
As crystal growth proceeds, the seed crystal grows mainly in the Z-axis direction without the control plate and also in the X-axis direction as indicated by the dotted line in FIGS. At this time, the
[0037]
Another structure of the support will be described with reference to the drawings. 6 is an exploded perspective view, FIG. 7 is a longitudinal sectional view when FIG. 6 is assembled, and FIG. 8 is a sectional view in the short direction. In this configuration, the configuration of the control plate is different from the above embodiment. That is, the control plate 8 uses an iron plate (metal plate) and has
[0038]
As shown in FIG. 6, a large number of a pair of supporting tools F1, F1 are arranged at a predetermined interval on the crystal growing shelf F, and the
[0039]
According to such a configuration, it is possible to obtain an artificial quartz crystal in which the growth of one of the Z planes, the −X plane, and the + X plane is regulated, and each regulated growth plane can be in a flat state. it can.
[0040]
Next, a configuration in which protrusions are formed on the side walls of the control plate will be described with reference to the drawings. 9 is a cross-sectional view in the short direction of the control plate showing a state in which the artificial quartz is grown. In this configuration, the configuration of the control plate is different from the above embodiment. That is, the
[0041]
FIG. 10 shows an example in which a plurality of protrusions are formed on the
[0042]
FIG. 11 shows an example in which a strip 91 e extending in a strip shape is formed on the
[0043]
In addition, it is possible to control the supply of an alkaline solution (growing solution) efficiently by combining protrusions and protrusions, or by adopting the above-described adjustment of the side wall angle and the combination of protrusions or protrusions.
[0044]
【The invention's effect】
According to the first aspect, since the angle between the corners of the control plate main body and the side wall is an acute angle, the crystal growth in specific plural directions is suppressed, and the artificial quartz is prevented from growing to the corners. be able to. Therefore, the artificial crystal growth control plate having a large practical area, easy separation of the grown artificial crystal and the control plate, and less damage to the artificial crystal, and a method for manufacturing the artificial crystal using the control plate and An artificial quartz crystal produced by the manufacturing method can be obtained.
[0045]
According to the second aspect of the present invention, since the protrusions or ridges projecting inward are formed on the side wall, the crystal growth in a specific plurality of directions is suppressed, and the artificial quartz does not grow to the corners. Can be. Therefore, the artificial crystal growth control plate having a large practical area, easy separation of the grown artificial crystal and the control plate, and less damage to the artificial crystal, and a method for manufacturing the artificial crystal using the control plate and An artificial quartz crystal produced by the manufacturing method can be obtained.
[0046]
Further, according to the third aspect, since the control plate is made of metal, the bending process is easy, and the angle adjustment between the control plate main body and the side wall can be freely performed.
[0047]
According to claim 4, in addition to the above effects, the crystal growth generated on the surface of the metal plate and the grown artificial quartz are not firmly fixed, and the Z growth in which the control plate after the completion of the growth is arranged The surface is almost flat as a seed crystal. Therefore, peeling from the control plate is very easy, and the artificial quartz grown during the peeling operation is not damaged. In addition, since the flat state of the seed crystal is maintained, an extremely smooth surface with a fixed cutting orientation can be obtained, and therefore it can be used as a reference surface in various subsequent cutting processes.
[0048]
According to the fifth aspect of the present invention, crystal growth at the corner is suppressed by making the angle between the control plate main body and the side wall an acute angle. In the growth furnace, the growth solution is convectively heated, but impurities are also convected together with the growth solution. According to the above configuration, since the control plate is arranged above the seed crystal to be grown (in many cases, upstream of the thermal convection), it prevents the deposition of impurities in the seed crystal and the artificial crystal in which crystal growth has progressed. To do. Therefore, an artificial quartz with few impurities can be obtained.
[0049]
According to the sixth aspect, in addition to the function and effect of the fifth aspect, the grown crystal is an artificial crystal grown in the Z-axis direction where the seed crystal is located on the end face, and thus does not hinder the optical characteristics of the crystal. Suitable for optical components.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view showing an internal configuration of a growth furnace; FIG. 2 is an exploded perspective view showing a support; FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view in a state where growth is performed according to FIG. Fig. 5 is a cross-sectional view in a short direction in a state of being performed. Fig. 5 is a diagram schematically showing the angle of a corner and the growth of artificial quartz. Fig. 6 is an exploded perspective view showing another configuration example of a support. FIG. 8 is a cross-sectional view in the longitudinal direction in the state grown according to FIG. 6. FIG. 8 is a cross-sectional view in the short direction in the state grown from FIG. FIG. 11 is a side view showing another configuration example of the plate. FIG. 11 is a side view showing another configuration example of the control plate.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Artificial crystal growth furnace 2 Furnace main body 4 Internal space 5
Claims (6)
当該制御板は前記種子水晶の少なくとも一つの側面の成長を抑制する側壁を有するとともに、制御板本体と前記側壁がなす角度が70度〜88度であることを特徴とする人工水晶育成用制御板。In producing an artificial quartz crystal by hydrothermal synthesis using thermal convection, a control board that suppresses growth in a specific direction in close contact with the main surface of the seed crystal,
The control plate has a side wall that suppresses growth of at least one side surface of the seed crystal, and an angle formed by the control plate main body and the side wall is 70 degrees to 88 degrees. .
当該制御板は前記種子水晶の少なくとも一つの側面の成長を抑制する側壁を有するとともに、制御板本体と前記側壁がなす角度が70度〜88度であり、前記側壁には内側に突出する突起または突条が形成されていることを特徴とする人工水晶育成用制御板。In producing an artificial quartz crystal by hydrothermal synthesis using thermal convection, a control board that suppresses growth in a specific direction in close contact with the main surface of the seed crystal,
The control plate has a side wall that suppresses the growth of at least one side surface of the seed crystal, and an angle formed between the control plate main body and the side wall is 70 degrees to 88 degrees. A control board for artificial quartz crystal growth characterized in that a protrusion is formed.
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