JPH04149100A - 合成単結晶体の接合方法 - Google Patents
合成単結晶体の接合方法Info
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- JPH04149100A JPH04149100A JP27298190A JP27298190A JPH04149100A JP H04149100 A JPH04149100 A JP H04149100A JP 27298190 A JP27298190 A JP 27298190A JP 27298190 A JP27298190 A JP 27298190A JP H04149100 A JPH04149100 A JP H04149100A
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- single crystals
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、構造要素が定まった配列をもつ主成分が同じ
か若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単結晶体を接
合し更にこれらを積層した集積接合に係る合成単結晶体
の接合方法に関する。
か若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単結晶体を接
合し更にこれらを積層した集積接合に係る合成単結晶体
の接合方法に関する。
従来、多結晶或いは単結晶相互の接合方法は、その結晶
と同質若しくは異質の接合剤を、各々結晶相互の境界面
に、媒介若しくは触媒とし、加熱することによって焼結
若しくは溶着する間接的な接合方法と、気相、液相から
成長（ｇｒｏｗｔｈ） した単結晶基板上に、なんらか
の方法で合成単結晶体を育成（ｅｐｉｔａｘｙ）させる
直接的な方法であった。
と同質若しくは異質の接合剤を、各々結晶相互の境界面
に、媒介若しくは触媒とし、加熱することによって焼結
若しくは溶着する間接的な接合方法と、気相、液相から
成長（ｇｒｏｗｔｈ） した単結晶基板上に、なんらか
の方法で合成単結晶体を育成（ｅｐｉｔａｘｙ）させる
直接的な方法であった。
従って、前述した間接的な接合方法は、結晶相互の境界
面になんらかの人工的な媒体、例えば接着剤等を介すこ
とになるので各々の結晶自体がもっている化学的、物理
的、光学的にすぐれた特徴を生かすことは不可能である
。
面になんらかの人工的な媒体、例えば接着剤等を介すこ
とになるので各々の結晶自体がもっている化学的、物理
的、光学的にすぐれた特徴を生かすことは不可能である
。
また、後述した直接的な接合方法には、単結晶基板上に
、多結晶を育成させるものと単結晶を育成させるものと
に分けられる。多結晶の場合は晶系がないので比較的簡
単であるが、単結晶の場合は晶系があり、主成分が同じ
５ｉｎ２で同晶系の六方晶系であるので例えば無色と着
色の水晶単結晶であれば、格子定数も線膨脹係数も、は
ぼ近いので容易に育成させられると考えられる。しかし
、軸方向性によって物理的性質を異にするので育成は難
しい。また主成分がＡ１ａＯ＋とＳｉとでは異なり、異
晶系は六方晶系と等結晶系であるからサファイアとシリ
コンの育成は、格子定数も、線膨脹係数も、また軸方向
性ば著しく相違しているので不可能にちかく、さらにま
た、主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系で
ある無色と着色の水晶単結晶とサファイアとシリコンの
合成単結晶体を積層接合させるのは不可能である。
、多結晶を育成させるものと単結晶を育成させるものと
に分けられる。多結晶の場合は晶系がないので比較的簡
単であるが、単結晶の場合は晶系があり、主成分が同じ
５ｉｎ２で同晶系の六方晶系であるので例えば無色と着
色の水晶単結晶であれば、格子定数も線膨脹係数も、は
ぼ近いので容易に育成させられると考えられる。しかし
、軸方向性によって物理的性質を異にするので育成は難
しい。また主成分がＡ１ａＯ＋とＳｉとでは異なり、異
晶系は六方晶系と等結晶系であるからサファイアとシリ
コンの育成は、格子定数も、線膨脹係数も、また軸方向
性ば著しく相違しているので不可能にちかく、さらにま
た、主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系で
ある無色と着色の水晶単結晶とサファイアとシリコンの
合成単結晶体を積層接合させるのは不可能である。
本発明は上述の問題を解決して、容易に所望の合成単結
晶体の積層結合を行うことを課題とする。
晶体の積層結合を行うことを課題とする。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、
主成分が同じか若しくは主成分が異なる同晶系又は異晶
系の合成単結晶が有する波長領域内でいずれも可視光を
透過するか又はいずれかが可視光を透過する各々相互の
面を物理的性質が類似するように切削した類似面を光学
研磨して光学的接着させ、全体を均一に加熱徐冷するか
、或いは反復加熱徐冷することによって光学的接着面に
界面反応を起こさせ、各々相互のもとの構造要素を損な
うことなく主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異
晶系の合成単結晶体を接合させてなる方法である。
主成分が同じか若しくは主成分が異なる同晶系又は異晶
系の合成単結晶が有する波長領域内でいずれも可視光を
透過するか又はいずれかが可視光を透過する各々相互の
面を物理的性質が類似するように切削した類似面を光学
研磨して光学的接着させ、全体を均一に加熱徐冷するか
、或いは反復加熱徐冷することによって光学的接着面に
界面反応を起こさせ、各々相互のもとの構造要素を損な
うことなく主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異
晶系の合成単結晶体を接合させてなる方法である。
結晶は、内部と表面とでは結晶構造を異にする。
結晶の内部は原子が規則正しく配列し、三次元的な骨組
みから構成されて「結晶軸Ｃ」を含む三本の軸の間の３
つの角を「軸角α、β、Ｔ」といい、その長さの比を［
輸率ａ、ｂＳＣＪという。結晶を形づくっている原子や
分子の間には結合力が働いている。結合する力は、その
性質に従い、イオン結合、共有結合、金属結合、ファン
・デル・ワールス結合などに分けられるが、これらの結
合力の存在のために、原子や分子は、格子状に規則正し
く配列して結晶を形づくり、結晶系によりそれぞれ固有
の結晶構造をもっている。しかし、結晶の表面は内部と
は相当に異なった配列をしており表面層は内部で見られ
るような結晶構造からかなり歪んだ原子配列となってい
る。このような状態は非常に不安定な状態であくから、
温度を上げると種々に構造が変化し、化学反応が非常に
起こりやすい。
みから構成されて「結晶軸Ｃ」を含む三本の軸の間の３
つの角を「軸角α、β、Ｔ」といい、その長さの比を［
輸率ａ、ｂＳＣＪという。結晶を形づくっている原子や
分子の間には結合力が働いている。結合する力は、その
性質に従い、イオン結合、共有結合、金属結合、ファン
・デル・ワールス結合などに分けられるが、これらの結
合力の存在のために、原子や分子は、格子状に規則正し
く配列して結晶を形づくり、結晶系によりそれぞれ固有
の結晶構造をもっている。しかし、結晶の表面は内部と
は相当に異なった配列をしており表面層は内部で見られ
るような結晶構造からかなり歪んだ原子配列となってい
る。このような状態は非常に不安定な状態であくから、
温度を上げると種々に構造が変化し、化学反応が非常に
起こりやすい。
結晶は他の液体や非晶質と比べてはっきりと区別される
性質は方向性であり、同軸に平行な方向と垂直な方向と
では、物理的性質を異にする異方性を持っている。
性質は方向性であり、同軸に平行な方向と垂直な方向と
では、物理的性質を異にする異方性を持っている。
このような結晶構造と異方性をもっている合成単結晶体
の接合を可能にし解決するには、上述したように結晶表
面層の変化性と、結晶系が有する結晶体の切削方向を変
えることによって選べる類似面と、また切削と研磨とい
う外からの影響によって、その加工面に人工的な不安定
の状態を作ること等で、合成単結晶体の接合を目的とし
たこのいくつかの誘導要因を生じることができる。
の接合を可能にし解決するには、上述したように結晶表
面層の変化性と、結晶系が有する結晶体の切削方向を変
えることによって選べる類似面と、また切削と研磨とい
う外からの影響によって、その加工面に人工的な不安定
の状態を作ること等で、合成単結晶体の接合を目的とし
たこのいくつかの誘導要因を生じることができる。
上述のように、上記類似面にかなり不安定の状態を作る
ことができ、最終的には徐々に加熱することによって各
々相互の合成単結晶体の境界面に界面反応が起こり、徐
々に冷却とともに化学結合する。
ことができ、最終的には徐々に加熱することによって各
々相互の合成単結晶体の境界面に界面反応が起こり、徐
々に冷却とともに化学結合する。
従って、従来の方法では不可能であった結合が不可能と
なり複雑で精密な新たな主成分が同じか若しくは異なる
同晶系又は異晶系の合成単結晶体の接合が得られる。
なり複雑で精密な新たな主成分が同じか若しくは異なる
同晶系又は異晶系の合成単結晶体の接合が得られる。
実施例をあげる前に光学的接着について説明する。
光学的接着は、すでに、非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）
であるガラス加工の技術としては公知である。
であるガラス加工の技術としては公知である。
本発明における合成単結晶体の光学接着とは、第１に主
成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単
結晶体を接合するにはいずれも若しくはいずれかが可視
光を透過すること。
成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単
結晶体を接合するにはいずれも若しくはいずれかが可視
光を透過すること。
第２に接着させる相互の光学研磨面は高精度（λ／１０
＜、λ＝６３２８Ａ）であること。
＜、λ＝６３２８Ａ）であること。
第３に接着させる相互の境界面にゴミ、チリ等の微粒子
を介入させぬこと。
を介入させぬこと。
第４に接着させる相互の合成単結晶体がいずれも若しく
はいずれかが可視光を透過するから相互の界面の干渉色
を直接目視することができ、上から加圧するだけで次第
に干渉色が消えて光学的接着が確認できることが必要で
ある。
はいずれかが可視光を透過するから相互の界面の干渉色
を直接目視することができ、上から加圧するだけで次第
に干渉色が消えて光学的接着が確認できることが必要で
ある。
実施例１
無色と着色の水晶単結晶の主成分が同じ同晶系接合につ
いて一例を挙げる。
いて一例を挙げる。
主成分（Ｓｉｎ２）と結晶系（六方晶系）を同じくし、
可視光（波長４０００人〜７０００Ａ）を透過（透過率
９０％く）する合成単結晶体（無色の水晶単結晶）と、
可視光を半減しか透過（透過率５０％＜）シない合成単
結晶体（着色の水晶単結晶）の相互の面を物理的性質が
類似（同軸、同軸角に一致）するように切削した類似面
（同軸面）を光学研磨（面精度λ／１０＜、 λ＝６
３２８Ａ） して上述したように光学的接着させ、全体
を均一に反復加熱（例えば常温から徐々に１２時間、転
移点＝５７３℃未満４８０℃まで加熱し、そのままで６
時間持続し、徐々に１２時間で徐冷し常温にもどし、再
び転移点以上６００℃にて加熱徐冷する時間的経過は前
記と同様に反復加熱）する。
可視光（波長４０００人〜７０００Ａ）を透過（透過率
９０％く）する合成単結晶体（無色の水晶単結晶）と、
可視光を半減しか透過（透過率５０％＜）シない合成単
結晶体（着色の水晶単結晶）の相互の面を物理的性質が
類似（同軸、同軸角に一致）するように切削した類似面
（同軸面）を光学研磨（面精度λ／１０＜、 λ＝６
３２８Ａ） して上述したように光学的接着させ、全体
を均一に反復加熱（例えば常温から徐々に１２時間、転
移点＝５７３℃未満４８０℃まで加熱し、そのままで６
時間持続し、徐々に１２時間で徐冷し常温にもどし、再
び転移点以上６００℃にて加熱徐冷する時間的経過は前
記と同様に反復加熱）する。
光学的接着した相互の合成単結晶体の光学研磨した類似
面の結晶構造層は、先に切削によって著しく破壊され、
次に研磨によってかなり歪んだ原子配列となっている。
面の結晶構造層は、先に切削によって著しく破壊され、
次に研磨によってかなり歪んだ原子配列となっている。
このような状態は非常に不安定な状態であるから、温度
を徐々に上げると種々に結晶構造が変化し、境界面に界
面反応が起こり、温度を徐々に下げるとともに安定して
化学結合する。
を徐々に上げると種々に結晶構造が変化し、境界面に界
面反応が起こり、温度を徐々に下げるとともに安定して
化学結合する。
実施例２
サファイアとシリコンの主成分が異なる異品接合につい
て一例を挙げる。
て一例を挙げる。
主成分がＡｈＯ３で結晶系は六方晶系で、可視光を透過
する合成単結晶体くサファイア）と、主成分がＳｉで結
晶系は等結晶系である可視光を透過をしない合成単結晶
体（シリコン）の相互の面を類似させる方法について説
明する。
する合成単結晶体くサファイア）と、主成分がＳｉで結
晶系は等結晶系である可視光を透過をしない合成単結晶
体（シリコン）の相互の面を類似させる方法について説
明する。
サファイア単結晶の物理的性質は軸方向によって異にし
、Ｃ軸に平行／／な方向と、Ｃ軸に垂直上な方向とでは
／／≠土、その線膨脹係数は、Ｃ軸に平行な方向の線膨
脹係数（１０−５／ｄｅｇ ）０．６７（５０℃、／／
ｃ、） Ｃ軸に垂直な方向の線膨脹係数（１０−’／ｄｅｇ ）
０．５０（５０℃、ＩＣ，） である。一方、等結晶系であるシリコン結晶の物理的性
質は軸／／＝土方内方向って異にすることはなく、その
線膨脹係数は、 線膨脹係数（１０〜’／ｄｅｇ） ０．５０ （５０℃
、／／Ｃ，、＝ＩＣ，）である。
、Ｃ軸に平行／／な方向と、Ｃ軸に垂直上な方向とでは
／／≠土、その線膨脹係数は、Ｃ軸に平行な方向の線膨
脹係数（１０−５／ｄｅｇ ）０．６７（５０℃、／／
ｃ、） Ｃ軸に垂直な方向の線膨脹係数（１０−’／ｄｅｇ ）
０．５０（５０℃、ＩＣ，） である。一方、等結晶系であるシリコン結晶の物理的性
質は軸／／＝土方内方向って異にすることはなく、その
線膨脹係数は、 線膨脹係数（１０〜’／ｄｅｇ） ０．５０ （５０℃
、／／Ｃ，、＝ＩＣ，）である。
従って、サファイア単結晶とシリコン結晶の物理的性質
を共有する類似面は、サファイア単結晶のＣ軸に垂直上
な方向の面である。このサファイアのＣ軸に垂直になる
ように切削した類似面とシリコンの類似面を光学研磨（
λ／１０＜、λ＝ ６３２８人）して上述したように光
学的接着させ、全体を均一に反復加熱（例えば常温から
徐々に８時間で４００℃迄加熱し、そのままで８時間持
続し、徐々に１４時間で徐冷し常温にもどし、再び４３
０℃にて加熱徐冷する時間的経過は前記と同様に反復加
熱）することによって前例で上述したように同じく相互
の境界面に界面反応が起こり化学結合する。
を共有する類似面は、サファイア単結晶のＣ軸に垂直上
な方向の面である。このサファイアのＣ軸に垂直になる
ように切削した類似面とシリコンの類似面を光学研磨（
λ／１０＜、λ＝ ６３２８人）して上述したように光
学的接着させ、全体を均一に反復加熱（例えば常温から
徐々に８時間で４００℃迄加熱し、そのままで８時間持
続し、徐々に１４時間で徐冷し常温にもどし、再び４３
０℃にて加熱徐冷する時間的経過は前記と同様に反復加
熱）することによって前例で上述したように同じく相互
の境界面に界面反応が起こり化学結合する。
実施例３
主成分が異なる同晶系又は異晶系接合し更に積層する実
施例について一例を挙げる。
施例について一例を挙げる。
すでに実施例１にて同晶系接合されている無色の水晶単
結晶と着色の水晶単結晶（光学研磨済。
結晶と着色の水晶単結晶（光学研磨済。
λ／１０＜、 λ−６３２８人）を、実施例２にて異
晶系接合されているサファイア単結晶（光学研磨済。
晶系接合されているサファイア単結晶（光学研磨済。
λ／１．０＜、 λ−６３２８Ａ）とシリコン結晶の
上に、積層して上述したように光学的接着させ、全体を
均一に反復加熱（例えば常温から徐々に８時間で４００
℃迄加熱し、そのままで８時間持続し、徐々に１４時間
で徐冷し常温にもどし、再び４３０℃にて加熱徐冷する
時間的経過は前記と同様に反復加熱）することによって
上述したように同じく、大方晶系である着色の水晶単結
晶と同系で六方晶系であるサファイア単結晶の境界面に
界面反応が起こり化学結合する。
上に、積層して上述したように光学的接着させ、全体を
均一に反復加熱（例えば常温から徐々に８時間で４００
℃迄加熱し、そのままで８時間持続し、徐々に１４時間
で徐冷し常温にもどし、再び４３０℃にて加熱徐冷する
時間的経過は前記と同様に反復加熱）することによって
上述したように同じく、大方晶系である着色の水晶単結
晶と同系で六方晶系であるサファイア単結晶の境界面に
界面反応が起こり化学結合する。
以上の如く主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異
晶系の合成単結晶体の接合、積層、集積等を考えれば、
その組合せは本発明における範囲内で可能である。
晶系の合成単結晶体の接合、積層、集積等を考えれば、
その組合せは本発明における範囲内で可能である。
本発明により従来の方法では不可能であった主成分が同
じか若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単結晶体を
接合し、更にこれらを積層した集積接合が可能になり、
複雑で精密な形状の新たな合成単結晶体が得られるもの
である。
じか若しくは異なる同晶系又は異晶系の合成単結晶体を
接合し、更にこれらを積層した集積接合が可能になり、
複雑で精密な形状の新たな合成単結晶体が得られるもの
である。
Claims (5)
- （１）主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系
の合成単結晶が有する波長領域内でいずれも可視光を透
過するか又はいずれかが可視光を透過する各々相互の面
を物理的性質が類似するように切削した類似面を光学研
磨して光学的接着させ、全体を均一に加熱徐冷するか、
或いは反復加熱徐冷することによって光学的接着面に界
面反応を起こさせ、各々相互のもとの構造要素を損なう
ことなく主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶
系の合成単結晶体を接合させてなる合成単結晶体の接合
方法。 - （２）主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系
の合成単結晶体を積層し集積接合することを特徴とした
請求項第１項記載の合成単結晶体の接合方法。 - （３）主成分が同じか若しくは異なる同晶系又は異晶系
の合成単結晶が有する波長領域内でいずれも可視光を透
過するか又はいずれかが可視光を透過することによって
各々相互の合成単結晶体の接合境界面を目視可能とした
ことを特徴とした請求項第１項、第２項記載の合成単結
晶体の接合方法。 - （４）全体を均一に加熱徐冷するか、或いは反復加熱徐
冷することを特徴とする請求項第１項乃至第３項記載の
合成単結晶体の接合方法。 - （５）全体を均一に加熱して、主成分或いは晶系が異な
る合成単結晶体の各々相互の内、いずれか低い転移点未
満にて加熱徐冷するか又は転移点以上にて加熱徐冷をす
ることを特徴とする請求項第１項乃至第４項記載の合成
単結晶体の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27298190A JPH04149100A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 合成単結晶体の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27298190A JPH04149100A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 合成単結晶体の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149100A true JPH04149100A (ja) | 1992-05-22 |
Family
ID=17521487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27298190A Pending JPH04149100A (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 合成単結晶体の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04149100A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1013802A1 (en) * | 1998-12-22 | 2000-06-28 | Japan cell Co., Ltd. | Method of joining synthetic corundum, method of manufacturing synthetic corundumcell, and corundum cell |
-
1990
- 1990-10-09 JP JP27298190A patent/JPH04149100A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1013802A1 (en) * | 1998-12-22 | 2000-06-28 | Japan cell Co., Ltd. | Method of joining synthetic corundum, method of manufacturing synthetic corundumcell, and corundum cell |
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