JPH04130084A - 単結晶育成のための温度勾配制御装置 - Google Patents
単結晶育成のための温度勾配制御装置Info
- Publication number
- JPH04130084A JPH04130084A JP25010490A JP25010490A JPH04130084A JP H04130084 A JPH04130084 A JP H04130084A JP 25010490 A JP25010490 A JP 25010490A JP 25010490 A JP25010490 A JP 25010490A JP H04130084 A JPH04130084 A JP H04130084A
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- JP
- Japan
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- crystal
- cooling
- solid
- temperature gradient
- melt
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、結晶原料の融液あるいは溶液から単結晶を得
るための単結晶育成装置に関するもので、特に、その単
結晶の育成時に各部が適正温度に保たれるようにする温
度勾配制御装置に関するものである。
るための単結晶育成装置に関するもので、特に、その単
結晶の育成時に各部が適正温度に保たれるようにする温
度勾配制御装置に関するものである。
原料融液あるいは溶液から単結晶を得る方法としては、
例えばチョクラルスキー法などが知られている。このチ
ョクラルスキー法は、結晶原料の融液あるいは溶液に種
子結晶を接触させ、その種子結晶を徐々に引き上げるこ
とによって結晶を成長させるようにしたものである。 このようなチョクラルスキー法を行う場合には、結晶原
料が溶融状態で保たれるようにしなければならないので
、通常は単結晶育成炉が用いられる。その育成炉内には
円筒状の加熱ヒータが設けられ、その内側に、結晶原料
を収容する坩堝が設けられる。種子結晶は引上軸の下端
に固定され、上方から坩堝内の原料融液に接触させた後
、その引上軸によって徐々に引き上げられる。 ところで、このような方法によって単結晶を育成する場
合、安定した結晶成長を行わせるためには、原料融液と
成長結晶との間の固液界面近傍の温度勾配を適正に制御
することが重要なポイントとなる。また、固液界面から
凝固潜熱を奪うために、液面上に引き上げられた結晶、
あるいはその一部を局部的に冷却することが望ましい場
合もある。 そこで、現在広く用いられているチョクラルスキー型単
結晶育成炉においては、ヒータと坩堝との相互位置関係
を調節したり、炉内耐火物の配置を工夫したりすること
によって、固液界面や成長結晶の近傍における温度勾配
の適正化を図るようにしている。 しかしながら、そのような方法では、冷却は自然放熱の
みに頼ることになるので、その温度勾配制御の範囲には
限度があり、必ずしも所望の温度分布が得られるとは限
らない。 このようなことから、例えば特開昭５５−１５８１９６
号公報に示されているように、種子結晶を支持する軸を
二重管構造として、内部に冷却ガスを流すことによって
種子結晶を冷却するようにしたり、特開昭６４−７９０
９２号公報に示されているように、ヒータと坩堝との間
に断熱材を配置し、その断熱材の位置を調整することに
よって温度勾配を制御するようにしたりすることが提案
されている。
例えばチョクラルスキー法などが知られている。このチ
ョクラルスキー法は、結晶原料の融液あるいは溶液に種
子結晶を接触させ、その種子結晶を徐々に引き上げるこ
とによって結晶を成長させるようにしたものである。 このようなチョクラルスキー法を行う場合には、結晶原
料が溶融状態で保たれるようにしなければならないので
、通常は単結晶育成炉が用いられる。その育成炉内には
円筒状の加熱ヒータが設けられ、その内側に、結晶原料
を収容する坩堝が設けられる。種子結晶は引上軸の下端
に固定され、上方から坩堝内の原料融液に接触させた後
、その引上軸によって徐々に引き上げられる。 ところで、このような方法によって単結晶を育成する場
合、安定した結晶成長を行わせるためには、原料融液と
成長結晶との間の固液界面近傍の温度勾配を適正に制御
することが重要なポイントとなる。また、固液界面から
凝固潜熱を奪うために、液面上に引き上げられた結晶、
あるいはその一部を局部的に冷却することが望ましい場
合もある。 そこで、現在広く用いられているチョクラルスキー型単
結晶育成炉においては、ヒータと坩堝との相互位置関係
を調節したり、炉内耐火物の配置を工夫したりすること
によって、固液界面や成長結晶の近傍における温度勾配
の適正化を図るようにしている。 しかしながら、そのような方法では、冷却は自然放熱の
みに頼ることになるので、その温度勾配制御の範囲には
限度があり、必ずしも所望の温度分布が得られるとは限
らない。 このようなことから、例えば特開昭５５−１５８１９６
号公報に示されているように、種子結晶を支持する軸を
二重管構造として、内部に冷却ガスを流すことによって
種子結晶を冷却するようにしたり、特開昭６４−７９０
９２号公報に示されているように、ヒータと坩堝との間
に断熱材を配置し、その断熱材の位置を調整することに
よって温度勾配を制御するようにしたりすることが提案
されている。
しかしながら、種子結晶を冷却する方法では、用いる種
子結晶の寸法によって温度分布状況が変わることになる
。また、結晶を引き上げていくにつれて、冷却部すなわ
ち種子結晶と固液界面との間の距離が増していく。その
ために、このような方法では、固液界面近傍部分の温度
勾配を十分に制御することはできない。 一方、ヒータと坩堝との間に断熱材を介在させる方法で
は、断熱材と結晶との間、あるいは断熱材と固液界面と
の間の距離が大きくなるので、温度勾配には間接的な影
響が及ぼされるにすぎない。しかも、単に断熱するのみ
で、積極的に冷却するわけではないので、その効果には
限りがある。 本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、固液界面あるいは成長結晶近傍の温度
勾配をより積極的に制御することのできる制御装置を得
ることである。
子結晶の寸法によって温度分布状況が変わることになる
。また、結晶を引き上げていくにつれて、冷却部すなわ
ち種子結晶と固液界面との間の距離が増していく。その
ために、このような方法では、固液界面近傍部分の温度
勾配を十分に制御することはできない。 一方、ヒータと坩堝との間に断熱材を介在させる方法で
は、断熱材と結晶との間、あるいは断熱材と固液界面と
の間の距離が大きくなるので、温度勾配には間接的な影
響が及ぼされるにすぎない。しかも、単に断熱するのみ
で、積極的に冷却するわけではないので、その効果には
限りがある。 本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、固液界面あるいは成長結晶近傍の温度
勾配をより積極的に制御することのできる制御装置を得
ることである。
この目的を達成するために、本発明では、局部的な冷却
を行うことのできる冷却具を固液界面あるいは成長結晶
の近傍に配置するようにしている。 その冷却具としては、例えば冷却フィンや冷却コイル等
を用いることができる。
を行うことのできる冷却具を固液界面あるいは成長結晶
の近傍に配置するようにしている。 その冷却具としては、例えば冷却フィンや冷却コイル等
を用いることができる。
このように構成することにより、固液界面あるいは成長
結晶の近傍が積極的に冷却されるようになるので、その
部分を適正な温度とすることができる。したがって、結
晶の育成に適した温度勾配とすることができ、安定した
結晶成長を行わせることができる。
結晶の近傍が積極的に冷却されるようになるので、その
部分を適正な温度とすることができる。したがって、結
晶の育成に適した温度勾配とすることができ、安定した
結晶成長を行わせることができる。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
図中、第１図は本発明による温度勾配制御装置の一実施
例を示すもので、その温度勾配制御装置を備えた単結晶
育成装置の概略縦断面図である。 この図から明ら、かなように、この単結晶育成装置１は
単結晶育成炉２を備えている。その育成炉２内の中央部
には支持台３が設けられ、その支持台３上に坩堝４が設
置されている。 坩堝４の外周には、その坩堝４を取り囲むようにして、
加熱ヒータ５が設けられている。また、その加熱ヒータ
５の上方にはアフターヒータ６が設けられている。 坩堝４内には、結晶原料を加熱ヒータ５によって加熱溶
融させることにより形成された原料融液７が収容されて
いる。また、坩堝４の上方には、外部から昇降させるこ
とのできる引上軸８が配置されている。その引上軸８の
下端には種子結晶９が取り付けられている。こうして、
種子結晶９を坩堝４内の融液７に接触させた後、その種
子結晶９を徐々に引き上げることによって、その種子結
晶９の下側に結晶１０が育成されるようになっている。 更に、育成炉２内には、熱伝導度の高い材料、例えば金
属からなる冷却フィン１１が設けられている。その冷却
フィン１１は、基端部が水冷ジャケット１２．１２によ
って上下から挟み付けられ、そのジャケット１２を流れ
る冷却水によって冷却されるようになっている。また、
その冷却フィン１１の先端部は、融液７と結晶１０との
間の固液界面１３の近傍から、成長した結晶１０の表面
近傍までの範囲に位置するようにされている。 こうして、冷却具である冷却フィン１１により、成長結
晶１０の表面近傍及び固液界面１３の近傍が局部的に冷
却されるようになっている。その温度は、水冷ジャケッ
ト１２に流す冷却水の温度あるいはその流量を制御する
ことによって制御される。 このように構成された単結晶育成装置１においては、坩
堝４内の融液７は、加熱ヒータ５によって加熱されるこ
とにより溶融状態に保持される。また、成長結晶ｌＯの
上部がアフターヒータ６によって加熱され、その部分が
適正な温度に保たれるので、結晶１０の急激な温度変化
によるクラック等の発生が防止される。 そして、固液界面１３の近傍は、冷却フィン１１によっ
て冷却されることにより、結晶成長に適した温度に保た
れる。 このようにして、単結晶育成炉２内の各部における温度
が制御され、成長結晶１０の上部から融液７と結晶１０
との間の固液界面１３に至るまでの間の温度勾配が制御
される。その場合、固液界面１３の近傍は、自然放熱で
はなく冷却フィン１１によって積極的に冷却されるので
、その温度制御範囲は広い。したがって、その温度勾配
を適正に保つことができる。 冷却フィン１１によって他部が冷却されるのが好ましく
ない場合には、第２図に示されているように、冷却フィ
ン１１の先端部以外を断熱材１４によって覆うようにす
ればよい。そのようにすれば、結晶１０あるいは固液界
面１３のごく限られた部分のみが局部的に冷却されるよ
うになる。 第３図は、本発明による温度勾配制御装置の他の実施例
を示す概略縦断面図である。 この実施例の場合には、結晶１０及び固液界面１３の近
傍を冷却する冷却具として、冷却コイル１５が用いられ
ている。その冷却コイル１５は熱伝導性の高い金属など
によって形成され、そのコイル部１５ａが成長結晶１０
の下部外周を取り巻くように配置されている。その冷却
コイル１５には、アルゴンやヘリウム等のガス、あるい
は水、油等の液体が流されるようになっている。 このような冷却コイル１５を用いた温度勾配制御装置に
よっても、上記実施例と同様の作用効果が得られること
は明らかであろう。 このような冷却コイル１５を用いる場合、そのコイル部
１５ａは、第４図に示されているように−巻きのものと
することもできる。また、そのコイル部１５ａに至るま
でのパイプ部分１５ｂを断熱材１６によって覆うように
することもできる。そのようにすれば、その冷却コイル
１５によって冷却される範囲が狭くなるので、より局部
的な冷却を行うことが可能となる。そして、そのような
冷却コイル１５を複数個用い、それらを適宜の位置に配
置してそれぞれ独立して温度制御するようにすれば、よ
り緻密な温度勾配の制御が可能となる。 更に、以上のような実施例において、冷却フィン１１あ
るいは冷却コイル１５を昇降させ得る昇降機構を設けて
おき、結晶育成に伴う坩堝４内の融液７の液面低下に追
従してその冷却フィン１１あるいは冷却コイル１５を下
降させるようにすれば、結晶１０の育成の始めから終わ
りに至るまで、固液界面１３近傍の温度分布が一定に保
たれるようにすることもできる。
例を示すもので、その温度勾配制御装置を備えた単結晶
育成装置の概略縦断面図である。 この図から明ら、かなように、この単結晶育成装置１は
単結晶育成炉２を備えている。その育成炉２内の中央部
には支持台３が設けられ、その支持台３上に坩堝４が設
置されている。 坩堝４の外周には、その坩堝４を取り囲むようにして、
加熱ヒータ５が設けられている。また、その加熱ヒータ
５の上方にはアフターヒータ６が設けられている。 坩堝４内には、結晶原料を加熱ヒータ５によって加熱溶
融させることにより形成された原料融液７が収容されて
いる。また、坩堝４の上方には、外部から昇降させるこ
とのできる引上軸８が配置されている。その引上軸８の
下端には種子結晶９が取り付けられている。こうして、
種子結晶９を坩堝４内の融液７に接触させた後、その種
子結晶９を徐々に引き上げることによって、その種子結
晶９の下側に結晶１０が育成されるようになっている。 更に、育成炉２内には、熱伝導度の高い材料、例えば金
属からなる冷却フィン１１が設けられている。その冷却
フィン１１は、基端部が水冷ジャケット１２．１２によ
って上下から挟み付けられ、そのジャケット１２を流れ
る冷却水によって冷却されるようになっている。また、
その冷却フィン１１の先端部は、融液７と結晶１０との
間の固液界面１３の近傍から、成長した結晶１０の表面
近傍までの範囲に位置するようにされている。 こうして、冷却具である冷却フィン１１により、成長結
晶１０の表面近傍及び固液界面１３の近傍が局部的に冷
却されるようになっている。その温度は、水冷ジャケッ
ト１２に流す冷却水の温度あるいはその流量を制御する
ことによって制御される。 このように構成された単結晶育成装置１においては、坩
堝４内の融液７は、加熱ヒータ５によって加熱されるこ
とにより溶融状態に保持される。また、成長結晶ｌＯの
上部がアフターヒータ６によって加熱され、その部分が
適正な温度に保たれるので、結晶１０の急激な温度変化
によるクラック等の発生が防止される。 そして、固液界面１３の近傍は、冷却フィン１１によっ
て冷却されることにより、結晶成長に適した温度に保た
れる。 このようにして、単結晶育成炉２内の各部における温度
が制御され、成長結晶１０の上部から融液７と結晶１０
との間の固液界面１３に至るまでの間の温度勾配が制御
される。その場合、固液界面１３の近傍は、自然放熱で
はなく冷却フィン１１によって積極的に冷却されるので
、その温度制御範囲は広い。したがって、その温度勾配
を適正に保つことができる。 冷却フィン１１によって他部が冷却されるのが好ましく
ない場合には、第２図に示されているように、冷却フィ
ン１１の先端部以外を断熱材１４によって覆うようにす
ればよい。そのようにすれば、結晶１０あるいは固液界
面１３のごく限られた部分のみが局部的に冷却されるよ
うになる。 第３図は、本発明による温度勾配制御装置の他の実施例
を示す概略縦断面図である。 この実施例の場合には、結晶１０及び固液界面１３の近
傍を冷却する冷却具として、冷却コイル１５が用いられ
ている。その冷却コイル１５は熱伝導性の高い金属など
によって形成され、そのコイル部１５ａが成長結晶１０
の下部外周を取り巻くように配置されている。その冷却
コイル１５には、アルゴンやヘリウム等のガス、あるい
は水、油等の液体が流されるようになっている。 このような冷却コイル１５を用いた温度勾配制御装置に
よっても、上記実施例と同様の作用効果が得られること
は明らかであろう。 このような冷却コイル１５を用いる場合、そのコイル部
１５ａは、第４図に示されているように−巻きのものと
することもできる。また、そのコイル部１５ａに至るま
でのパイプ部分１５ｂを断熱材１６によって覆うように
することもできる。そのようにすれば、その冷却コイル
１５によって冷却される範囲が狭くなるので、より局部
的な冷却を行うことが可能となる。そして、そのような
冷却コイル１５を複数個用い、それらを適宜の位置に配
置してそれぞれ独立して温度制御するようにすれば、よ
り緻密な温度勾配の制御が可能となる。 更に、以上のような実施例において、冷却フィン１１あ
るいは冷却コイル１５を昇降させ得る昇降機構を設けて
おき、結晶育成に伴う坩堝４内の融液７の液面低下に追
従してその冷却フィン１１あるいは冷却コイル１５を下
降させるようにすれば、結晶１０の育成の始めから終わ
りに至るまで、固液界面１３近傍の温度分布が一定に保
たれるようにすることもできる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、結晶
育成に際し、その結晶と原料融液あるいは溶液との間の
固液界面近傍やその成長結晶の近傍を局部的に冷却する
ようにしているので、その部分の温度勾配を広範囲に制
御することができる。したがって、安定した結晶成長を
行わせることができ、品質の優れた単結晶を得ることが
できる。 ４、
育成に際し、その結晶と原料融液あるいは溶液との間の
固液界面近傍やその成長結晶の近傍を局部的に冷却する
ようにしているので、その部分の温度勾配を広範囲に制
御することができる。したがって、安定した結晶成長を
行わせることができ、品質の優れた単結晶を得ることが
できる。 ４、
第１図は、本発明による温度勾配制御装置の一実施例を
示すもので、その温度勾配 制御装置を備えた単結晶育成装置の概 略縦断面図、 第２図は、その温度勾配制御装置の変形例を示す縦断面
図、 第３図は、本発明による温度勾配制御装置の異なる実施
例を示す縦断面図、 第４図は、第３図の実施例に用いられている冷却コイル
の変形例を示す一部切り欠 き概略斜視図である。 ・・・単結晶育成装置 ・・・坩堝 ・・・原料融液 ・・・種子結晶 ・・・冷却フィン ・・・固液界面 ・・・冷却コイル（冷却具） （冷却具） ・・・育成炉 ・・・加熱ヒータ ・・・引上軸 ・・・成長結晶 特許出願人 株式会社日本製鋼所 代理人 弁理士 森 下 端 侑 第１ 図 第２ 図 第３ 図 第４ 図 ５ａ
示すもので、その温度勾配 制御装置を備えた単結晶育成装置の概 略縦断面図、 第２図は、その温度勾配制御装置の変形例を示す縦断面
図、 第３図は、本発明による温度勾配制御装置の異なる実施
例を示す縦断面図、 第４図は、第３図の実施例に用いられている冷却コイル
の変形例を示す一部切り欠 き概略斜視図である。 ・・・単結晶育成装置 ・・・坩堝 ・・・原料融液 ・・・種子結晶 ・・・冷却フィン ・・・固液界面 ・・・冷却コイル（冷却具） （冷却具） ・・・育成炉 ・・・加熱ヒータ ・・・引上軸 ・・・成長結晶 特許出願人 株式会社日本製鋼所 代理人 弁理士 森 下 端 侑 第１ 図 第２ 図 第３ 図 第４ 図 ５ａ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 結晶原料の融液あるいは溶液から結晶を成長させる単結
晶育成装置において； 前記融液あるいは溶液と成長結晶との間の固液界面の近
傍、ないしは前記成長結晶の近傍に、その部分を局部的
に冷却し得る冷却具を設けたことを特徴とする、 単結晶育成のための温度勾配制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25010490A JPH04130084A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 単結晶育成のための温度勾配制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25010490A JPH04130084A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 単結晶育成のための温度勾配制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130084A true JPH04130084A (ja) | 1992-05-01 |
Family
ID=17202876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25010490A Pending JPH04130084A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 単結晶育成のための温度勾配制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04130084A (ja) |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP25010490A patent/JPH04130084A/ja active Pending
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