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JPH0543378A - Apparatus for producing single crystal - Google Patents

Apparatus for producing single crystal

Info

Publication number
JPH0543378A
JPH0543378A JP21622391A JP21622391A JPH0543378A JP H0543378 A JPH0543378 A JP H0543378A JP 21622391 A JP21622391 A JP 21622391A JP 21622391 A JP21622391 A JP 21622391A JP H0543378 A JPH0543378 A JP H0543378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
raw material
heater
floating zone
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP21622391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Yu
晋平 勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nisshin Steel Co Ltd filed Critical Nisshin Steel Co Ltd
Priority to JP21622391A priority Critical patent/JPH0543378A/en
Publication of JPH0543378A publication Critical patent/JPH0543378A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a high quality oxide single crystal free from the defects such as residual void and crack by locally heating a sintered raw material rod to form a floating zone and growing a single crystal from the floating zone in a state to have a slow temperature gradient from the sintered raw material rod to the single crystal. CONSTITUTION:A single crystal 56 is grown by heating and melting a sintered raw material rod 50 by a coil heater 61 formed on the inner wall surface of a cylindrical furnace 60 for holding a sintered raw material rod 50 and by a plane heater 70 to be inserted into a floating zone 51. The coil heater 61 gives a prescribed temperature gradient to the sintered raw material 50 and the single crystal 56 near the floating zone 51 to prevent the abrupt temperature change. The plane heater 70 has a two-dimensional shape formed by folding a filament at plural points. The upper molten liquid flows down through the space between adjacent filaments and is supplied to the side of the solid-liquid interface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フローティングゾーン
法によって原料焼結棒から酸化物単結晶を製造する際、
原料焼結棒の長手方向に関する温度分布を制御して欠陥
のない良質の酸化物単結晶体を製造するときに使用する
単結晶製造装置に関する。
The present invention relates to the production of an oxide single crystal from a raw material sintered rod by the floating zone method.
The present invention relates to a single crystal production apparatus used for producing a good quality oxide single crystal body having no defects by controlling the temperature distribution in the longitudinal direction of a raw material sintered rod.

【0002】[0002]

【従来の技術】原料焼結体から酸化物単結晶を製造する
方法として、フローティングゾーン法が知られている。
この方法で単結晶を製造するとき、原料粉末の焼結体を
熱線等によって局部加熱して溶融帯を形成し、溶融帯を
焼結体の長手方向に移動させ、溶融帯から単結晶を析出
させている。この溶融,析出の過程で原料焼結体に含ま
れている不純物や気泡等が除去され、一定した品質の単
結晶体が得られる。
2. Description of the Related Art A floating zone method is known as a method for producing an oxide single crystal from a raw material sintered body.
When a single crystal is manufactured by this method, the sintered body of the raw material powder is locally heated by a heating wire or the like to form a melting zone, the melting zone is moved in the longitudinal direction of the sintered body, and the single crystal is precipitated from the melting zone. I am letting you. Impurities, bubbles and the like contained in the raw material sintered body are removed in the course of this melting and precipitation, and a single crystal body of constant quality is obtained.

【0003】熱源としてキセノンランプ等の光源を使用
するフローティングゾーン法では、たとえば図1に示す
設備構成をもつ単結晶製造装置が使用されている。この
装置の加熱炉10は、回転楕円面鏡11で内面が形成さ
れている。回転楕円面鏡11の一方の焦点には熱源とし
てキセノンランプ等の光源12を配置し、他方の焦点に
は石英管13に挿入された原料焼結棒20を配置する。
光源12から出射された熱線14は、回転楕円面鏡11
で反射されて他方の焦点位置に集光される。
In the floating zone method using a light source such as a xenon lamp as a heat source, for example, a single crystal manufacturing apparatus having the equipment structure shown in FIG. 1 is used. The heating furnace 10 of this apparatus has an inner surface formed by a spheroidal mirror 11. A light source 12 such as a xenon lamp is arranged as a heat source at one focus of the spheroidal mirror 11, and a raw material sintering rod 20 inserted in a quartz tube 13 is arranged at the other focus.
The heat rays 14 emitted from the light source 12 are spheroidal mirror 11
Is reflected by and is focused on the other focal position.

【0004】原料焼結棒20は、熱線14により高温に
加熱され、溶融帯21を形成する。この状態で、上シャ
フト30及び下シャフト31で原料焼結棒20を搬送方
向Aに沿って下降させる。原料焼結棒20の下降に伴っ
て、熱線14が集光される局部加熱位置が相対的に上昇
する。その結果、溶融帯21は、下端側から降温し、固
相を析出して単結晶22となる。
The raw material sintering rod 20 is heated to a high temperature by the heating wire 14 to form a melting zone 21. In this state, the raw material sintering rod 20 is lowered along the carrying direction A by the upper shaft 30 and the lower shaft 31. Along with the lowering of the raw material sintering rod 20, the local heating position where the heating wire 14 is focused relatively rises. As a result, the melting zone 21 is cooled from the lower end side and a solid phase is deposited to become a single crystal 22.

【0005】溶融・析出の過程は、加熱炉10の側壁に
取り付けた拡大レンズ15を介して覗き窓16から観察
される。また、雰囲気ガスから不純物が単結晶22に取
り込まれないように、ガス導入口32から窒素ガス等の
不活性ガス33が石英管13の内部に送り込まれる。不
活性ガス33は、石英管13内部の雰囲気ガスを随伴し
ながら排気口34から系外に排出される。
The process of melting / precipitation is observed through a viewing window 16 through a magnifying lens 15 attached to the side wall of the heating furnace 10. Further, an inert gas 33 such as nitrogen gas is fed into the quartz tube 13 through the gas inlet 32 so that impurities are not taken into the single crystal 22 from the atmospheric gas. The inert gas 33 is discharged out of the system through the exhaust port 34 while being accompanied by the atmospheric gas inside the quartz tube 13.

【0006】溶融帯21から固相を析出させて一定品質
の単結晶22を得るためには、固液界面近傍における溶
融帯21に半径方向に関する温度のバラツキを抑制する
ことが必要である。また、析出した単結晶22が局部加
熱位置から遠ざかるに従って急激に冷却されるため、大
きな熱応力が発生し、サーマルクラックが発生し易くな
る。
In order to deposit a solid phase from the melting zone 21 to obtain a single crystal 22 of constant quality, it is necessary to suppress the temperature variation in the radial direction in the melting zone 21 near the solid-liquid interface. In addition, since the precipitated single crystal 22 is rapidly cooled as it moves away from the local heating position, a large thermal stress is generated and a thermal crack is easily generated.

【0007】これに関連し、特開昭62−21788号
公報では、同一平面状でフィラメントを直列に集合させ
た平板状ヒータを光源として回転楕円面鏡の一方の焦点
位置に配置することが提案されている。この提案による
と、回転楕円面の他方の焦点位置で平板状ヒータと同じ
形状に熱線が集光されて結像し、原料焼結棒の断面各部
を均一に加熱するとされている。また、特開平1−18
3497号公報では、局部加熱位置の直下で溶融帯に板
状ヒータを位置させ、溶融帯の融液を補助加熱すること
によって、急激な温度降下を抑制している。
In relation to this, in Japanese Patent Laid-Open No. 62-21788, it is proposed that a flat-plate heater in which filaments are gathered in series in the same plane is arranged as a light source at one focal position of a spheroidal mirror. Has been done. According to this proposal, at the other focal position of the spheroid, heat rays are focused and imaged in the same shape as that of the flat heater, and each section of the raw material sintered rod is heated uniformly. In addition, JP-A-1-18
According to Japanese Patent No. 3497, a plate heater is positioned in the melting zone immediately below the local heating position and auxiliary heating of the melt in the melting zone suppresses a rapid temperature drop.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱源としてキ
セノンランプ等の光源を使用するとき、熱線が集光され
た位置では原料焼結棒を高温に加熱することができる
が、その前後では原料焼結棒或いは育成された単結晶を
介した放熱によって急激な温度降下が生じることが避け
られない。この点、熱線を平板状に集光させる特開昭6
2−21788号公報の方法では、原料結晶棒或いは単
結晶の長手方向に関する対策が施されていない。他方、
溶融帯に板状ヒータを位置させる特開平1−18349
7号公報の方法では、固液界面近傍の融液の不規則な温
度変化をある程度抑制することができるものの、固液界
面近傍において融液に水平方向の流動成分が付与される
ため、融液の供給状態が半径方向に異なり、固液界面の
全域にわたり固相の均一な析出が期し難い。
However, when a light source such as a xenon lamp is used as the heat source, the raw material sintering rod can be heated to a high temperature at the position where the heat rays are condensed, but before and after that, the raw material sintering is performed. It is unavoidable that a rapid temperature drop occurs due to heat dissipation through a bond or a grown single crystal. In this respect, the heat rays are condensed in a flat plate shape.
In the method of JP-A-2121788, no measure is taken in the longitudinal direction of the starting crystal ingot or the single crystal. On the other hand,
Positioning a plate heater in the melting zone
According to the method of Japanese Patent Publication No. 7, although the irregular temperature change of the melt near the solid-liquid interface can be suppressed to some extent, a horizontal flow component is imparted to the melt near the solid-liquid interface. The supply state of is different in the radial direction, and it is difficult to uniformly deposit the solid phase over the entire solid-liquid interface.

【0009】また、熱線14を透過させて原料焼結体2
0に集光させることから、原料焼結体20を保護雰囲気
下で収納する容器として石英管13が使用されている
が、石英管13は失透現象を起こし熱線の透過率を低下
させる。この失透現象は、たとえば原料焼結棒や内部機
器から蒸発したアルミナ等が石英管13の内壁面に再度
析出・付着することによって促進される。その結果、石
英管13の熱線の利用効率が低下すると共に、石英管1
3の寿命が短くなる。
Further, the raw material sintered body 2 is made to pass through the heating wire 14.
Since the light is focused at 0, the quartz tube 13 is used as a container for housing the raw material sintered body 20 in a protective atmosphere, but the quartz tube 13 causes a devitrification phenomenon and reduces the transmittance of heat rays. This devitrification phenomenon is promoted, for example, by re-precipitating and adhering alumina and the like evaporated from the raw material sintering rod and internal equipment to the inner wall surface of the quartz tube 13. As a result, the utilization efficiency of the heat rays of the quartz tube 13 decreases, and the quartz tube 1
The life of 3 becomes short.

【0010】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、発熱体が組み込まれた管状炉及び
溶融帯に位置させる平面状ヒータを組み合わせることに
より、フローティングゾーンの前後における温度分布を
コントロールすると共に、供給電流を効率よく融液の加
熱に使用することができる単結晶製造装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been devised to solve such a problem. By combining a tubular furnace in which a heating element is incorporated and a planar heater located in the melting zone, the present invention is provided before and after the floating zone. It is an object of the present invention to provide a single crystal production apparatus capable of controlling a temperature distribution and efficiently using a supplied current for heating a melt.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の単結晶製造装置
は、その目的を達成するため、原料焼結棒が挿入される
内部空間をもつ管状炉体と、該管状炉体の内壁面に設け
られたコイル状ヒータと、フローティングゾーン形成部
に位置させる平面状ヒータとを備えており、該平面状ヒ
ータを介した加熱によりフローティングゾーンを形成す
ることを特徴とする。
In order to achieve the object, a single crystal production apparatus of the present invention has a tubular furnace body having an internal space into which a raw material sintering rod is inserted, and an inner wall surface of the tubular furnace body. It is characterized in that it is provided with a coil-shaped heater provided and a planar heater positioned in the floating zone forming portion, and the floating zone is formed by heating through the planar heater.

【0012】ここで、平面状ヒータとしては、二次元平
面における面積占有率が30〜80%の範囲になるよう
に非蒸発性耐熱材料のフィラメントを屈曲或いは湾曲し
たものであることが好ましい。非蒸発性耐熱材料として
は、W,Mo,Ta,Ir,Re,Zr,Ti,Nb或
いはこれらの合金等が使用される。また、コイル状ヒー
タは、平面状ヒータの上方から下方にかけて管状炉体の
内壁面に設けられ、且つフローティングゾーン対向位置
から遠ざかるに従ってコイルピッチを大きくすることが
好ましい。
Here, the planar heater is preferably one in which a filament of a non-evaporable heat-resistant material is bent or curved so that the area occupancy in the two-dimensional plane is in the range of 30 to 80%. As the non-evaporable heat resistant material, W, Mo, Ta, Ir, Re, Zr, Ti, Nb or alloys thereof are used. Further, it is preferable that the coiled heater is provided on the inner wall surface of the tubular furnace body from above to below the planar heater, and the coil pitch is increased as the distance from the position facing the floating zone increases.

【0013】[0013]

【作用】以下、図2〜4を参照しながら、本発明を作用
と共に具体的に説明する。本発明の単結晶製造装置は、
図2に示すように原料焼結棒50が挿入される内部空間
をもった管状炉体60と、フローティングゾーン部51
に位置させる平面状ヒータ70とを備えている。原料焼
結棒50の上端部は上側サポート52で支持され、下端
部が種結晶53を介して下側サポート54で支持されて
いる。上側サポート52及び下側サポート54は、フロ
ーティングゾーン部51から析出する単結晶の成長速度
に同期して原料焼結棒50が移動するように下降する。
The operation of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. The single crystal production apparatus of the present invention,
As shown in FIG. 2, a tubular furnace body 60 having an internal space into which the raw material sintering rod 50 is inserted, and a floating zone portion 51.
And a planar heater 70 positioned at. The upper end of the raw material sintering rod 50 is supported by the upper support 52, and the lower end is supported by the lower support 54 via the seed crystal 53. The upper support 52 and the lower support 54 descend so that the raw material sintering rod 50 moves in synchronization with the growth rate of the single crystal precipitated from the floating zone portion 51.

【0014】管状炉体60は、高温に加熱したときに蒸
発成分が少ないステンレス鋼等の材料で作られている。
管状炉体60の内壁には、フローティングゾーン部51
の上方から下方にかけてコイル状ヒータ61が埋め込ま
れている。原料焼結棒50は、コイル状ヒータ61から
の輻射加熱或いは高周波誘導加熱によって加熱される。
フローティングゾーン部51より上方のコイル状ヒータ
61は、原料焼結棒50を予熱し、フローティングゾー
ン部51近傍に至った部分を溶融に適した温度に昇温す
る。フローティングゾーン部51より下方のコイル状ヒ
ータ61は、フローティングゾーン部51或いはそれか
ら固相が析出して形成された単結晶を加熱し、急激な温
度降下を防止する後熱部として働く。
The tubular furnace body 60 is made of a material such as stainless steel which has a small amount of evaporating components when heated to a high temperature.
On the inner wall of the tubular furnace body 60, the floating zone portion 51
The coiled heater 61 is embedded from above to below. The raw material sintering rod 50 is heated by radiation heating from the coil heater 61 or high frequency induction heating.
The coiled heater 61 above the floating zone portion 51 preheats the raw material sintering rod 50 and raises the temperature of the portion near the floating zone portion 51 to a temperature suitable for melting. The coil-shaped heater 61 below the floating zone portion 51 heats the floating zone portion 51 or the single crystal formed by depositing a solid phase from the floating zone portion 51, and functions as a post-heating portion that prevents a sudden temperature drop.

【0015】また、フローティングゾーン部51で最高
温度を確保するため、コイル状ヒータ61のコイルピッ
チPをフローティングゾーン部51で最も小さく、フロ
ーティングゾーン部51から遠ざかるに従い大きく設定
することが好ましい。これにより、原料焼結棒50の長
手方向に沿って必要な温度分布を与えることができる。
Further, in order to secure the maximum temperature in the floating zone portion 51, it is preferable that the coil pitch P of the coiled heater 61 is set to be the smallest in the floating zone portion 51 and set to be larger as the distance from the floating zone portion 51 increases. Thereby, a required temperature distribution can be given along the longitudinal direction of the raw material sintering rod 50.

【0016】フローティングゾーン部51には、その断
面を横切るように平面状ヒータ70が差し込まれてい
る。平面状ヒータ70としては、図3の(a)及び
(b)に示すように、タングステン等のフィラメント7
1を二次元平面で屈曲又は湾曲させたものが使用され
る。或いは、図3(c)に示すように、2段或いはそれ
以上の段にわたる平面でフィラメント71を屈曲又は湾
曲させたものを平面状ヒータ70として使用することも
できる。
A planar heater 70 is inserted in the floating zone 51 so as to cross its cross section. As the flat heater 70, as shown in FIGS. 3A and 3B, a filament 7 made of tungsten or the like is used.
The one obtained by bending or curving 1 in a two-dimensional plane is used. Alternatively, as shown in FIG. 3C, a flat heater 70 may be one in which the filament 71 is bent or curved in a plane extending over two or more steps.

【0017】平面状ヒータ70は、図4に示すように原
料焼結棒50の溶融によって生成したフローティングゾ
ーン部51に差し込まれる。平面状ヒータ70がフィラ
メント71を屈曲させたものであるため、上方のフロー
ティングゾーン部51にある融液は、矢印で示すように
隣接するフィラメント71の間隙を通って固液界面55
側に流下する。すなわち、固液界面55全域にわたりほ
ぼ一様な下降流として融液が供給される。このとき、隣
接するフィラメント71のギャップgは、一種のオリフ
ィスとして働き、固液界面55側に下降する融液の流量
を規制する。
The planar heater 70 is inserted into the floating zone portion 51 formed by melting the raw material sintering rod 50 as shown in FIG. Since the planar heater 70 is formed by bending the filament 71, the melt in the upper floating zone 51 passes through the gap between the adjacent filaments 71 as indicated by the arrow and solid-liquid interface 55.
Run down to the side. That is, the melt is supplied as a substantially uniform downward flow over the entire solid-liquid interface 55. At this time, the gap g between the adjacent filaments 71 functions as a kind of orifice and regulates the flow rate of the melt that descends to the solid-liquid interface 55 side.

【0018】二次元平面に占めるフィラメント71の面
積占有率を30〜80%とするとき、ヒータ70を通過
する融液の流量が一定になると共に、隣接するフィラメ
ント71間を流下する融液に対する授熱が均一化され、
固液界面55側に供給された融液は、フローティングゾ
ーン部51の断面に関する温度分布のバラツキが小さく
なる。そのため、固液界面55全域にわたる固相析出条
件が安定化し、半径方向に関して品質にムラがない単結
晶56が得られる。
When the area occupancy of the filaments 71 in the two-dimensional plane is 30 to 80%, the flow rate of the melt passing through the heater 70 becomes constant and the melt flowing between the adjacent filaments 71 is given to the melt. Heat is homogenized,
The melt supplied to the solid-liquid interface 55 side has less variation in temperature distribution with respect to the cross section of the floating zone 51. Therefore, the solid-phase deposition condition over the entire solid-liquid interface 55 is stabilized, and a single crystal 56 having uniform quality in the radial direction can be obtained.

【0019】フィラメント71の面積占有率が30%未
満であると、隣接するフィラメント71間の間隙が大き
くなり、そこを通過する融液に対する十分な授熱が行わ
れなくなる。逆に、フィラメント71の面積占有率が8
0%を超えるとき、隣接するフィラメント71間の間隙
が小さくなり、融液に対する流動抵抗が大きくなるので
好ましくない。
If the area occupancy of the filaments 71 is less than 30%, the gap between the adjacent filaments 71 becomes large, and sufficient heat cannot be given to the melt passing therethrough. On the contrary, the area occupancy of the filament 71 is 8
When it exceeds 0%, the gap between the adjacent filaments 71 becomes small and the flow resistance to the melt becomes large, which is not preferable.

【0020】なお、フローティングゾーン部51の形成
は、次のようにして行われる。先ず、原料焼結棒50及
び種結晶53がそれぞれ平面状ヒータ70の直上及び直
下に位置するように、上側サポート52及び下側サポー
ト54を移動して位置調整する。この状態で、原料焼結
棒50をコイル状ヒータ61によって融点直下の温度ま
で加熱する。その後、上側サポート52及び下側サポー
ト54を平面状ヒータ70に近づけ、それぞれの先端部
を溶融して接触させ、その表面張力によってフローティ
ングゾーン部51を形成する。
The floating zone portion 51 is formed as follows. First, the upper support 52 and the lower support 54 are moved and adjusted so that the raw material sintered rod 50 and the seed crystal 53 are located directly above and below the planar heater 70, respectively. In this state, the raw material sintering rod 50 is heated to a temperature just below the melting point by the coil heater 61. After that, the upper support 52 and the lower support 54 are brought close to the planar heater 70, the respective tip portions are melted and brought into contact with each other, and the floating zone portion 51 is formed by the surface tension.

【0021】[0021]

【実施例】以下、実施例を説明する。粒径を50〜10
0μmの範囲に調整した純度99.99%のアルミナ粉
末を1トン/cm2 の圧力で直径60mm,長さ80m
mの棒状圧粉体に成形した。この棒状圧粉体を1700
℃の大気雰囲気中で10時間加熱することによって焼結
し、密度98%,直径50mm,長さ70mmの原料焼
結棒を用意した。
EXAMPLES Examples will be described below. Particle size 50 to 10
Alumina powder with a purity of 99.99% adjusted to a range of 0 μm was applied at a pressure of 1 ton / cm 2 to a diameter of 60 mm and a length of 80 m
m into a rod-shaped green compact. This rod-shaped green compact is 1700
Sintering was performed by heating for 10 hours in an air atmosphere at 0 ° C., and a raw material sintered rod having a density of 98%, a diameter of 50 mm and a length of 70 mm was prepared.

【0022】原料焼結棒50を直径80mmの管状炉体
60に挿入し、上端及び下端をそれぞれ上側サポート5
2及び下側サポート54で支持した状態で加熱炉に装入
した。なお、管状炉体60には、平面状ヒータ70より
上方50mmから下方50mmにかけてピッチP=3m
mのコイル状ヒータ61を組み込んだものを使用した。
また、平面状ヒータ70としては、ギャップg=3mm
でタングステンフィラメントを図3(a)の形状に屈曲
したものを使用した。
The raw material sintering rod 50 is inserted into a tubular furnace body 60 having a diameter of 80 mm, and the upper end and the lower end are respectively supported by the upper support 5.
It was charged into the heating furnace while being supported by 2 and the lower support 54. In the tubular furnace body 60, the pitch P = 3 m from 50 mm above to 50 mm below the planar heater 70.
The m-shaped coil heater 61 was used.
Further, as the planar heater 70, the gap g = 3 mm
Then, a tungsten filament bent into the shape shown in FIG.

【0023】管状炉体60に5Nl/分の流量で窒素ガ
スを流しながら、コイル状ヒータ61及び平面状ヒータ
70に電流を供給し、原料焼結棒50の長手方向に15
mmのフローティングゾーン部51を形成した。
While supplying nitrogen gas to the tubular furnace body 60 at a flow rate of 5 Nl / min, an electric current is supplied to the coil-shaped heater 61 and the planar heater 70, and the raw material sintering rod 50 is moved in the longitudinal direction 15
A floating zone portion 51 of mm was formed.

【0024】平面状ヒータ70及びコイル状ヒータ61
の両方を使用して加熱を行った本発明例にあっては、原
料焼結棒50の長手方向に関する急峻な温度曲線が現れ
にくく、平面状ヒータ70が挿入されている断面でフロ
ーティングゾーン部51の温度分布をシュミレーション
したところ、断面全域にわたる温度のバラツキは±30
℃の範囲に止まっていた。すなわち、固液界面55の近
傍にあるフローティングゾーン部51の融液は、断面方
向に関して実質的に均一な温度分布を持っていることが
判った。これに対し、コイル状ヒータ61による加熱を
行わない比較例としての実験を行ったところ、フローテ
ィングゾーン部51の厚みは10mmと薄くなってお
り、フローティングゾーン部51の温度のバラツキは同
じく±30℃で、大きな温度降下が生じていた。
Planar heater 70 and coil heater 61
In the example of the present invention in which heating is performed using both of the above, a steep temperature curve in the longitudinal direction of the raw material sintering rod 50 is unlikely to appear, and the floating zone portion 51 is formed in the cross section in which the planar heater 70 is inserted. Simulation of the temperature distribution of shows that the temperature variation across the cross section is ± 30.
It stayed in the range of ℃. That is, it was found that the melt in the floating zone portion 51 near the solid-liquid interface 55 has a substantially uniform temperature distribution in the cross-sectional direction. On the other hand, when an experiment was conducted as a comparative example in which the heating by the coiled heater 61 was not performed, the thickness of the floating zone portion 51 was as thin as 10 mm, and the variation in the temperature of the floating zone portion 51 was also ± 30 ° C. Then, there was a big temperature drop.

【0025】フローティングゾーン部51から固相が析
出して単結晶22となる育成速度を30mm/時間に設
定し、この育成速度と同一の速度で上側サポート52及
び下側サポート54を原料焼結棒50の長手方向に移動
させた。このようにして、直径50mm,長さ70mm
の原料焼結棒50から直径50mm,長さ60mmの酸
化物単結晶を育成した。
The growth rate at which the solid phase is deposited from the floating zone 51 to form the single crystal 22 is set to 30 mm / hour, and the upper support 52 and the lower support 54 are attached to the raw material sintering rod at the same speed as this growth rate. It was moved in the longitudinal direction of 50. In this way, diameter 50mm, length 70mm
An oxide single crystal having a diameter of 50 mm and a length of 60 mm was grown from the raw material sintering rod 50 of.

【0026】冷却後、得られた酸化物単結晶を取り出
し、内部組織を観察した。その結果、400倍の倍率で
1cm2 の視野において、気泡やクラック等が全く観察
されない良質の酸化物単結晶であることが判った。ま
た、残留応力も、断面方向で局部的に集中することがな
く、しかも検出できない程度の僅かな値であった。これ
に対し、コイル状ヒータ61による加熱を行わずに、他
は同じ条件下で酸化物単結晶を育成した比較例にあって
は、得られた単結晶に同じ視野で5〜6個のクラックが
検出された。
After cooling, the obtained oxide single crystal was taken out and the internal structure was observed. As a result, it was found that a high-quality oxide single crystal in which bubbles and cracks were not observed at all in a visual field of 1 cm 2 at a magnification of 400 times. Further, the residual stress was such a small value that it was not locally concentrated in the cross-sectional direction and could not be detected. On the other hand, in the comparative example in which the oxide single crystal was grown under the same conditions without heating by the coiled heater 61, the obtained single crystal had 5 to 6 cracks in the same field of view. Was detected.

【0027】この対比から明らかなように、平面状ヒー
タ70及びコイル状ヒータ61の双方による加熱は、固
液界面55近傍の融液の温度分布及び流動状態を固相析
出に好適な状況にする上で効果的なものであることが判
る。また、フローティングゾーン部51の断面に関し万
遍なくフィラメント41から融液に熱量が伝達され、し
かも融液の下降流が均一な流量分布となるため、大きな
径をもつ単結晶を育成する場合においても、固液界面5
5近傍での融液の温度分布及び流動状態の均一化が図ら
れ、製造可能な単結晶の径を大きくすることが可能とな
る。
As is clear from this comparison, the heating by both the planar heater 70 and the coil heater 61 makes the temperature distribution and flow state of the melt near the solid-liquid interface 55 suitable for solid phase deposition. It turns out to be effective above. Further, the amount of heat is evenly transferred from the filament 41 to the melt with respect to the cross section of the floating zone portion 51, and the descending flow of the melt has a uniform flow rate distribution. Therefore, even when growing a single crystal having a large diameter. , Solid-liquid interface 5
The temperature distribution and the flow state of the melt in the vicinity of 5 can be made uniform, and the diameter of the manufacturable single crystal can be increased.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、平面状ヒータ及びコイル状ヒータで原料焼結棒を加
熱することにより、フローティングゾーンから固液界面
を経て単結晶に至る部分での急激な温度降下を抑制し、
サーマルクラックの原因となる大きな熱応力の発生を防
止している。そのため、得られた単結晶は、残留気泡や
クラック等の欠陥がない高品質な製品となる。また、平
面状ヒータの使用により中心部及び周辺部での温度偏差
が少なくなるため、大きな径をもつ酸化物単結晶棒の育
成にも適する。
As described above, according to the present invention, by heating the raw material sintering rod with the flat heater and the coil heater, the single crystal is formed from the floating zone through the solid-liquid interface. Controls sudden temperature drop,
It prevents the generation of large thermal stress that causes thermal cracks. Therefore, the obtained single crystal becomes a high quality product without defects such as residual bubbles and cracks. Further, since the temperature deviation in the central portion and the peripheral portion is reduced by using the planar heater, it is suitable for growing an oxide single crystal rod having a large diameter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 従来の集光加熱式単結晶製造装置の概略図FIG. 1 is a schematic view of a conventional condensing heating type single crystal manufacturing apparatus.

【図2】 本発明の単結晶製造装置を説明するための概
略図
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the single crystal production apparatus of the present invention.

【図3】 本発明で使用される平面状ヒータの数例を示
す。
FIG. 3 shows some examples of planar heaters used in the present invention.

【図4】 フローティングゾーンにおける融液の流動状
態を示した説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the flow state of the melt in the floating zone.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50 原料焼結棒 51 フローティングゾーン 60 管状炉体 61 コイル状ヒータ 70 平面状ヒータ 71 フィラメント 50 Raw Material Sintered Rod 51 Floating Zone 60 Tubular Furnace Body 61 Coiled Heater 70 Planar Heater 71 Filament

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料焼結棒が挿入される内部空間をもつ
管状炉体と、該管状炉体の内壁面に設けられたコイル状
ヒータと、フローティングゾーン形成部に位置させる平
面状ヒータとを備えており、該平面状ヒータを介した加
熱によりフローティングゾーンを形成することを特徴と
する単結晶製造装置。
1. A tubular furnace body having an internal space into which a raw material sintering rod is inserted, a coil-shaped heater provided on an inner wall surface of the tubular furnace body, and a planar heater positioned in a floating zone forming portion. An apparatus for producing a single crystal, comprising: a floating zone formed by heating through the planar heater.
【請求項2】 請求項1記載の平面状ヒータは、二次元
平面における面積占有率が30〜80%の範囲になるよ
うに非蒸発性耐熱材料のフィラメントを屈曲或いは湾曲
したものであることを特徴とする単結晶製造装置。
2. The flat heater according to claim 1, wherein the filament of the non-evaporable heat-resistant material is bent or curved so that the area occupancy in the two-dimensional plane is in the range of 30 to 80%. Characteristic single crystal manufacturing equipment.
【請求項3】 請求項1記載のコイル状ヒータは、平面
状ヒータの上方から下方にかけて管状炉体の内壁面に設
けられていることを特徴とする単結晶製造装置。
3. The single crystal production apparatus according to claim 1, wherein the coiled heater is provided on the inner wall surface of the tubular furnace body from above to below the planar heater.
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