JPH0597592A - Method for producing BaTiO3 single crystal - Google Patents

Method for producing BaTiO3 single crystal

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JPH0597592A
JPH0597592A JP3289076A JP28907691A JPH0597592A JP H0597592 A JPH0597592 A JP H0597592A JP 3289076 A JP3289076 A JP 3289076A JP 28907691 A JP28907691 A JP 28907691A JP H0597592 A JPH0597592 A JP H0597592A
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JP
Japan
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single crystal
batio
partial pressure
melt
oxygen partial
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JP3289076A
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Japanese (ja)
Inventor
Akito Kurosaka
昭人 黒坂
Kazuhiko Tomomatsu
和彦 友松
Satoru Nakao
知 中尾
Shoji Mimura
彰治 味村
Haruo Tominaga
晴夫 冨永
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホール支配で大きな光屈折効果を安定して示
すBaTiO3単結晶を製造する。 【構成】 二酸化チタンとバリウムの酸化物又は炭酸塩
との混合物に、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni及び
Cuからなる群から選択された1種又は2種以上の元素
からなる遷移金属元素を、その総含有量で5ppm以上添加
したものを出発原料とし、この混合物を1330℃以上に加
熱して溶融させ、融液6を得る。次いで、酸素分圧が0.
02気圧以下の低酸素分圧雰囲気中で融液6にBaTiO
3の種結晶7を接触させた後に前記融液を徐冷して前記
種結晶の表面上に単結晶を育成する。その後、育成後の
単結晶を酸素分圧が0.1気圧以上の酸化性雰囲気中で600
℃以上に加熱処理する。
(57) [Summary] [Objective] A BaTiO 3 single crystal stably exhibiting a large photorefractive effect by controlling holes is produced. [Composition] A mixture of titanium dioxide and barium oxide or carbonate, and a transition metal composed of one or more elements selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu. A starting material is obtained by adding 5 ppm or more of the total content of the elements, and this mixture is heated to 1330 ° C. or more and melted to obtain a melt 6. Next, the oxygen partial pressure is 0.
BaTiO 3 was added to the melt 6 in a low oxygen partial pressure atmosphere of 02 atm or less.
After bringing the seed crystal 7 of 3 into contact, the melt is gradually cooled to grow a single crystal on the surface of the seed crystal. After that, the grown single crystal is subjected to 600 ° C in an oxidizing atmosphere with an oxygen partial pressure of 0.1 atm or more.
Heat to above ℃.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は位相共役鏡、レーザ共振
器及び光学画像解析機器などの光学応用機器に使用さ
れ、高い光屈折性(photorefractive properties)を有
するチタン酸バリウム単結晶を製造するチタン酸バリウ
ム単結晶の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in optical application equipment such as phase conjugate mirrors, laser resonators and optical image analysis equipment to produce barium titanate single crystal having high photorefractive properties. The present invention relates to a method for producing a barium acid single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン酸バリウム(BaTiO3)単結
晶の製造方法として、フッ化カリウム(KF)又は塩化
バリウム(BaCl2)をフラックスとして使用するフ
ラックス法が知られている(J. P. Remeika等、J. Am.
Chem. Soc.第76巻、1954年発行、第940頁)。この方法
により製造されたチタン酸バリウム単結晶はバタフライ
型結晶といわれるものであり、最大厚さが0.4mm程度の
三角形状のものである。この方法においては、光学応用
機器に使用可能な大型で厚さが厚いチタン酸バリウム結
晶を得ることができない。
2. Description of the Related Art A flux method using potassium fluoride (KF) or barium chloride (BaCl 2 ) as a flux is known as a method for producing barium titanate (BaTiO 3 ) single crystals (JP Remeika et al., J. . Am.
Chem. Soc. Vol. 76, 1954, p. 940). The barium titanate single crystal produced by this method is called a butterfly type crystal, and has a triangular shape with a maximum thickness of about 0.4 mm. In this method, it is impossible to obtain a large-sized and thick barium titanate crystal that can be used for optical application equipment.

【0003】その後、二酸化チタン(TiO2)を過剰
に含有させた組成の原料融液を徐冷しつつ、種結晶にチ
タン酸バリウムを晶出させることにより、チタン酸バリ
ウム単結晶を製造する溶融引き上げ法(TSSG法;To
p Seeded Solution Growth法)が開発された(A. Linz,
V, Belruss and C. S. Nailman, J. Electro. Chem.So
c. 60C, 1965年発行、第112頁)。
After that, while gradually cooling the raw material melt having a composition containing titanium dioxide (TiO 2 ) in excess, barium titanate is crystallized in the seed crystal to produce a barium titanate single crystal. Pulling up method (TSSG method; To
p Seeded Solution Growth method) was developed (A. Linz,
V, Belruss and CS Nailman, J. Electro. Chem. So
c. 60C, 1965, p. 112).

【0004】この方法により製造されたチタン酸バリウ
ム単結晶は、その形状を所望のバルク状にすることが可
能であると共に、フラックス等からの不純物の汚染も少
ないため、フラックス法に比較して良好な光学的特性を
有している。このため、チタン酸バリウム単結晶を光屈
折性(Photorefractive)結晶として光学応用機器に利
用すべく研究が行われるようになった(北山、応用物理
学会結晶工学分科会第95回研究会テキスト、1991年発
行、第13頁)。
The barium titanate single crystal produced by this method can be formed into a desired bulk shape, and since impurities such as flux are less contaminated, it is better than the flux method. It has excellent optical characteristics. For this reason, research has started to use barium titanate single crystals as photorefractive crystals for optical application equipment (Kitayama, 95th Workshop, Crystal Engineering Subcommittee of the Japan Society of Applied Physics, 1991). Annual issue, page 13).

【0005】近時、この種の光屈折性結晶を利用する側
の分野から、チタン酸バリウム単結晶の光屈折性をより
一層高めることが要求されている。このチタン酸バリウ
ム単結晶の光屈折性をより一層高めることが要求されて
いる。このチタン酸バリウム単結晶の光屈折性は、単結
晶中の酸素の欠損及び単結晶中に不純物として存在する
遷移金属元素の含有量に依存すると考えられている。そ
こで、チタン酸バリウム単結晶の光屈折性を高める方法
として、育成後のチタン酸バリウム単結晶を低酸素分圧
又は還元性雰囲気中で熱処理する方法(P. G. Schunema
nn等、J. Opt.Soc. Am. B 5巻、1988年発行、第1702
頁)及びチタン酸バリウム単結晶中にFe及びCr等の
遷移金属元素をドープする方法(D. Rytz等、J. Opt. S
oc. Am. B7巻、1990年発行、第2234頁)等が提案されて
いる。
Recently, from the field of utilizing such a photorefractive crystal, it is required to further enhance the photorefractive property of a barium titanate single crystal. It is required to further enhance the photorefractive property of this barium titanate single crystal. The photorefractive property of this barium titanate single crystal is considered to depend on the oxygen deficiency in the single crystal and the content of the transition metal element existing as an impurity in the single crystal. Therefore, as a method for increasing the photorefractive property of a barium titanate single crystal, a method of heat-treating a grown barium titanate single crystal in a low oxygen partial pressure or a reducing atmosphere (PG Schunema
nn et al., J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 5, 1988, No. 1702
Page) and a method for doping a transition metal element such as Fe and Cr into a barium titanate single crystal (D. Rytz et al., J. Opt. S.
oc. Am. B7, 1990, page 2234).

【0006】これらの方法により製造されたBaTiO
3単結晶は、結晶中のフォトキャリア密度が高くなり、
比較的大きな光屈折性効果を示す。このフォトキャリア
はホールと電子とで構成されている。この場合に、育成
後の単結晶を低酸素分圧雰囲気中で熱処理する方法で製
造されたBaTiO3単結晶は、フォトキャリア中の電
子の割合が多く、電子支配の光屈折性を示す。一方、F
e及びCo等の遷移金属元素をドープする方法で製造さ
れたBaTiO3単結晶は、フォトキャリア中のホール
の割合が多く、ホール支配の光屈折性を示す。
BaTiO 3 produced by these methods
3 single crystal, the photo carrier density in the crystal is high,
It exhibits a relatively large photorefractive effect. This photo carrier is composed of holes and electrons. In this case, the BaTiO 3 single crystal produced by the method of heat-treating the grown single crystal in a low oxygen partial pressure atmosphere has a large proportion of electrons in the photocarrier and exhibits electron-dominated photorefractive property. On the other hand, F
The BaTiO 3 single crystal produced by the method of doping a transition metal element such as e and Co has a large proportion of holes in the photocarrier, and exhibits hole-dominated photorefractive properties.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法で製造された従来のBaTiO3単結晶が示す光屈
折性効果の大きさは、依然として不十分であると共に、
以下に示す問題点がある。 先ず、BaTiO3単結晶
中に遷移金属元素をドープする方法は、通常、遷移金属
元素を数100ppm添加するが、この遷移金属元素が結晶育
成中のチタン酸バリウム融液又は育成後の結晶において
偏析しやすく、大きな光屈折効果を示すBaTiO3
結晶を安定して製造することが困難である。
However, the magnitude of the photorefractive effect exhibited by the conventional BaTiO 3 single crystal produced by the above-mentioned method is still insufficient, and
There are the following problems. First, in the method of doping a transition metal element into a BaTiO 3 single crystal, usually several hundred ppm of the transition metal element is added, but this transition metal element segregates in the barium titanate melt during crystal growth or in the crystal after growth. It is difficult to stably produce a BaTiO 3 single crystal that exhibits a large photorefractive effect.

【0008】一方、空気中で育成した結晶を低酸素分圧
雰囲気又は還元性雰囲気中で加熱処理する方法で製造さ
れたBaTiO3単結晶は、結晶中に遷移金属元素をド
ープしなくても、比較的大きな光屈折効果を示す。とこ
ろが、この方法で製造されたBaTiO3単結晶は、電
子支配の光屈折性を有している。従って、空気中で育成
した結晶を低酸素分圧雰囲気又は還元性雰囲気中で加熱
処理する方法では、ホール支配の光屈折効果を示すBa
TiO3単結晶を製造することができない。
On the other hand, the BaTiO 3 single crystal produced by a method in which a crystal grown in air is heat-treated in a low oxygen partial pressure atmosphere or a reducing atmosphere, even if the crystal is not doped with a transition metal element, It exhibits a relatively large photorefractive effect. However, the BaTiO 3 single crystal produced by this method has an electron-dominant photorefractive property. Therefore, in the method of heat-treating a crystal grown in air in a low oxygen partial pressure atmosphere or a reducing atmosphere, Ba that exhibits a hole-dominant photorefractive effect is obtained.
A TiO 3 single crystal cannot be manufactured.

【0009】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ホール支配で大きな光屈折効果を安定して
示すBaTiO3単結晶を製造することができるBaT
iO3単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to produce BaTiO 3 single crystal which stably exhibits a large photorefractive effect by controlling holes.
It is an object to provide a method for producing an iO 3 single crystal.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係るBaTiO
3単結晶の製造方法は、二酸化チタンとバリウムの酸化
物又は炭酸塩との混合物に遷移金属元素を添加したもの
を出発原料とし、この混合物を1330℃以上に加熱し
て溶融させる溶融工程と、得られた融液にBaTiO3
の種結晶を接触させた後に前記融液を徐冷して前記種結
晶の表面上に単結晶を育成する育成工程と、この育成後
の単結晶を600℃以上に加熱処理する熱処理工程とを
有することを特徴とする。
BaTiO 3 according to the present invention
3 The method for producing a single crystal is a melting step in which a mixture of titanium dioxide and an oxide or carbonate of barium to which a transition metal element is added is used as a starting material, and the mixture is heated to 1330 ° C. or higher to melt it. BaTiO 3 was added to the obtained melt.
The step of growing the single crystal on the surface of the seed crystal by gradually cooling the melt after bringing the seed crystal into contact with the seed crystal, and the heat treatment step of heat-treating the grown single crystal to 600 ° C. or higher. It is characterized by having.

【0011】この場合に、前記出発原料の混合物中の遷
移金属元素の総含有量を5ppm以上とし、前記遷移金属
元素を、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni及びCuか
らなる群から選択された1種又は2種以上の元素とす
る。
In this case, the total content of the transition metal elements in the mixture of the starting materials is 5 ppm or more, and the transition metal elements are selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu. One or two or more kinds of elements are defined.

【0012】また、前記育成工程において、単結晶育成
雰囲気中の酸素分圧を0.02気圧以下とする。
In the growing step, the oxygen partial pressure in the single crystal growing atmosphere is set to 0.02 atm or less.

【0013】更に、前記熱処理工程において、熱処理雰
囲気中の酸素分圧を0.1気圧以上とする。
Further, in the heat treatment step, the oxygen partial pressure in the heat treatment atmosphere is set to 0.1 atm or more.

【0014】[0014]

【作用】大きな光屈折効果を示すBaTiO3単結晶を
製造するためには、結晶中のフォトキャリアの密度を高
くする必要がある。このフォトキャリアはホール及び電
子により構成され、光の入射によって空間電荷分布を形
成する。従って、ホール支配の光屈折効果を示すBaT
iO3単結晶を製造するためには、結晶中のフォトキャ
リアにおいて、ホールが占める割合が電子が占める割合
より大きい必要がある。
In order to produce a BaTiO 3 single crystal exhibiting a large photorefractive effect, it is necessary to increase the density of photocarriers in the crystal. This photo carrier is composed of holes and electrons, and forms a space charge distribution upon incidence of light. Therefore, BaT showing a hole-dominant photorefractive effect
In order to manufacture an iO 3 single crystal, the proportion of holes in the photocarrier in the crystal must be higher than the proportion of electrons.

【0015】これらの事実から本願発明者らは以下の事
項に着目した。
From these facts, the inventors of the present application have paid attention to the following matters.

【0016】 空気中で育成されたBaTiO3単結
晶は、還元雰囲気で高温加熱されると、電子支配の光屈
折効果を示す(P.G. Schunemann等、J. Opt. Soc. Am.
B5巻、1988年 第1702頁)。そこで、低酸素分圧雰囲気
で育成されたBaTiO3単結晶は、育成後に高温で酸
化されると、ホール支配の光屈折効果を示す可能性があ
る。
BaTiO 3 single crystals grown in air exhibit an electron-dominated photorefractive effect when heated at high temperature in a reducing atmosphere (PG Schunemann et al., J. Opt. Soc. Am.
B5, 1988 1702). Therefore, a BaTiO 3 single crystal grown in a low oxygen partial pressure atmosphere may exhibit a hole-dominated photorefractive effect if it is oxidized at a high temperature after the growth.

【0017】 このに記載の酸化還元反応におい
て、BaTiO3単結晶に含まれている不純物中の遷移
金属元素が、例えば、Mn+=M(n-1)+等の価数変動を生
じることにより、BaTiO3単結晶が示す光屈折効果
に大きな影響を及ぼしていることが考えられる。
In the redox reaction described above, the transition metal element in the impurities contained in the BaTiO 3 single crystal causes a valence change such as M n + = M (n-1) +. , BaTiO 3 single crystal is considered to have a great influence on the photorefractive effect.

【0018】このような事実から、本願発明者らは、光
屈折効果に影響を及ぼすと考えられる出発原料中の遷移
金属元素の総含有量、育成中の酸素分圧及び育成後の熱
処理条件等の条件を種々変更して、実験研究を行った。
その結果、所定量以上の遷移金属元素を含有する出発原
料を使用し、所定圧力以下の酸素分圧雰囲気で育成した
単結晶を、所定圧力以上の酸素分圧で一定温度以上に加
熱することにより、所望の光屈折効果を示すBaTiO
3単結晶を得ることができることを見いだし、本発明を
完成するに至った。
From these facts, the inventors of the present invention have considered that the total content of the transition metal elements in the starting material, which is considered to affect the photorefractive effect, the oxygen partial pressure during the growth, the heat treatment conditions after the growth, and the like. Experiments were conducted under various conditions.
As a result, using a starting material containing a predetermined amount or more of the transition metal element, a single crystal grown in an oxygen partial pressure atmosphere of a predetermined pressure or less, by heating to a certain temperature or more at an oxygen partial pressure of a predetermined pressure or more, , BaTiO3 showing desired photorefractive effect
It was found that 3 single crystals could be obtained, and the present invention was completed.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明においては、先ず、二酸化チタンとバリウムの酸
化物又は炭酸塩との混合物を出発原料とし、この混合物
を1330℃以上の温度に加熱して溶融させる。図1は
BaO−TiO2系相平衡状態図である(D. E. Rase an
d R. Roy; J. Am. Ceram., 38巻, 110頁, 1955年)。こ
の状態図に示されているように、1330℃以上でない
と、融液を安定して得ることができない。
The present invention will now be described in more detail.
In the present invention, first, a mixture of titanium dioxide and an oxide or carbonate of barium is used as a starting material, and this mixture is heated to a temperature of 1330 ° C. or higher and melted. Fig. 1 is a phase diagram of the phase equilibrium of the BaO-TiO 2 system (DE Rase an
d R. Roy; J. Am. Ceram., 38, 110, 1955). As shown in this state diagram, the melt cannot be stably obtained unless it is 1330 ° C. or higher.

【0020】この場合に、出発原料中の遷移金属元素の
総含有量を5ppm以上とする。遷移金属元素の総含有量が
5ppm未満の場合には、その融液を使用して製造したBa
TiO3単結晶は、所望の大きさの光屈折効果を示さな
い。
In this case, the total content of transition metal elements in the starting material is set to 5 ppm or more. The total content of transition metal elements
If less than 5 ppm, Ba produced using the melt
TiO 3 single crystals do not exhibit the desired magnitude of photorefractive effect.

【0021】このような遷移金属元素としては、V,C
r,Mn,Fe,Co,Ni及びCuからなる群から選
択されたものがある。このような遷移金属元素を1種又
は2種以上添加する。
Examples of such transition metal elements include V and C.
Some are selected from the group consisting of r, Mn, Fe, Co, Ni and Cu. One or more such transition metal elements are added.

【0022】次いで、得られた融液にBaTiO3の種
結晶を接触させた後に、前記融液を徐冷して前記種結晶
の表面上に単結晶を育成する。この育成工程は、酸素分
圧が0.02気圧以下の雰囲気中で行う。酸素分圧が
0.02気圧を超える雰囲気中で育成されたBaTiO
3単結晶は、所望の大きな光屈折効果を示さない。
Then, a BaTiO 3 seed crystal is brought into contact with the obtained melt, and then the melt is gradually cooled to grow a single crystal on the surface of the seed crystal. This growing step is performed in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.02 atm or less. BaTiO3 grown in an atmosphere with an oxygen partial pressure exceeding 0.02 atm
3 Single crystals do not show the desired large photorefractive effect.

【0023】そして、育成後の単結晶を、酸素分圧が
0.1気圧以上の雰囲気中で、600℃以上に加熱す
る。この場合に、加熱温度が600℃未満又は酸素分圧
が0.1気圧未満の場合には、熱処理後のBaTiO3
単結晶は、所望の大きさの光屈折効果を示さない。
Then, the grown single crystal is heated to 600 ° C. or higher in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or higher. In this case, when the heating temperature is less than 600 ° C. or the oxygen partial pressure is less than 0.1 atm, BaTiO 3 after heat treatment is used.
Single crystals do not exhibit the desired magnitude of photorefractive effect.

【0024】このように、酸素分圧が0.02気圧以下
の低酸素分圧雰囲気下で育成されたBaTiO3単結晶
は、育成後の加熱処理工程で、高温の酸化雰囲気で酸化
還元反応を受けて、ホール支配の光屈折効果を示す。こ
の場合に、この酸化還元反応において、BaTiO3
結晶に含まれている不純物中の遷移金属元素が価数変動
を生じる。これにより、光屈折効果が高められる。
As described above, the BaTiO 3 single crystal grown in a low oxygen partial pressure atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.02 atm or less undergoes a redox reaction in a high temperature oxidizing atmosphere in a heat treatment step after growth. In response, the hole-dominated photorefractive effect is exhibited. In this case, in this oxidation-reduction reaction, the transition metal element in the impurities contained in the BaTiO 3 single crystal changes in valence. This enhances the photorefractive effect.

【0025】このようにして、製造されたBaTiO3
単結晶は、ホール支配となり、極めて大きな光屈折効果
を示す。
The BaTiO 3 produced in this way
The single crystal becomes dominant in holes and exhibits an extremely large photorefractive effect.

【0026】次に、このBaTiO3単結晶(チタン酸
バリウム単結晶)の育成装置について説明する。図2は
この育成装置を示す断面図である。断熱材3にはその上
面中央から下面に向けて鉛直方向に貫通した加熱空間が
設けられており、この加熱空間の周囲にはヒータ2が断
熱材3に埋め込まれて配設されている。また、断熱材3
にはその上面の周縁部の適所から前記加熱空間の上下方
向略中央部に到達する観察用窓5が設けられており、こ
の窓5を介して単結晶の育成状況を観察できるようにな
っている。
Next, a growth apparatus for this BaTiO 3 single crystal (barium titanate single crystal) will be described. FIG. 2 is a sectional view showing this growing device. The heat insulating material 3 is provided with a heating space penetrating from the center of the upper surface to the lower surface in the vertical direction, and the heater 2 is embedded in the heat insulating material 3 and disposed around the heating space. Insulation 3
Is provided with an observation window 5 that reaches a substantially central portion in the vertical direction of the heating space from an appropriate position on the peripheral portion of the upper surface, and the growth state of the single crystal can be observed through this window 5. There is.

【0027】断熱材3の加熱空間の下端近傍にはステー
ジ12が配設されており、このステージ12上にはマッ
フル10が断熱材3の加熱空間を挿通するようにして配
置されている。このマッフル10は石英ガラス等からな
る有底筒状の容器であり、その上端が石英ガラス等から
なる蓋11により閉塞されている。また、蓋11の縁部
にはガス送風口4が設けられており、マッフル10の底
部にはガス取出口14が設けられていて、このガス送風
口4及びガス取出口14を介してマッフル10内の単結
晶の育成雰囲気を調整するようになっている。
A stage 12 is arranged near the lower end of the heating space of the heat insulating material 3, and a muffle 10 is arranged on the stage 12 so as to pass through the heating space of the heat insulating material 3. The muffle 10 is a bottomed cylindrical container made of quartz glass or the like, and its upper end is closed by a lid 11 made of quartz glass or the like. A gas blower port 4 is provided at the edge of the lid 11, and a gas outlet 14 is provided at the bottom of the muffle 10. The muffle 10 is provided through the gas blower 4 and the gas outlet 14. The atmosphere for growing the single crystal inside is adjusted.

【0028】マッフル10内には、テーブル13が配置
されており、このテーブル13上には、原料融液6が貯
留されるるつぼ1が載置されるようになっている。ま
た、蓋11の中央には、種棒8が挿通する孔が設けられ
ており、種棒8の下半部はこの蓋11に設けられた孔を
介してマッフル10内のるつぼ1の直上域に位置され
る。種棒8は内管及び外管からなる2重管であり、その
上端部は上昇・下降ヘッド9に固定されている。そし
て、この種棒8には、外系から内管内に冷却ガスが供給
されるようになっており、この冷却ガスは内管を通流し
た後、その下端から外管と内管との間隙に入り、この間
隙を通流して外管の上部に設けたガス排気口8aから排
出される。これにより、種棒8が冷却されるようになっ
ている。
A table 13 is arranged in the muffle 10, and the crucible 1 in which the raw material melt 6 is stored is placed on the table 13. Further, a hole through which the seed rod 8 is inserted is provided in the center of the lid 11, and the lower half portion of the seed rod 8 is directly above the crucible 1 in the muffle 10 through the hole provided in the lid 11. Is located in. The seed rod 8 is a double pipe consisting of an inner pipe and an outer pipe, and the upper end of the seed rod 8 is fixed to the ascending / descending head 9. A cooling gas is supplied to the seed rod 8 from the outer system into the inner pipe, and the cooling gas flows through the inner pipe, and then a gap between the outer pipe and the inner pipe is formed from the lower end thereof. The gas enters through the gap and is discharged from the gas exhaust port 8a provided in the upper portion of the outer tube. As a result, the seed rod 8 is cooled.

【0029】上昇・下降ヘッド9は駆動装置(図示せ
ず)により上下駆動し、このヘッド9の昇降に伴って種
棒8が上昇又は下降移動するようになっている。種棒8
の下端部には種結晶取付部が設けられており、この取付
部に種結晶7を白金線等で縛って取り付けるようになっ
ている。
The ascending / descending head 9 is vertically driven by a driving device (not shown), and as the head 9 is moved up and down, the seed rod 8 is moved up or down. Seed stick 8
A seed crystal attachment portion is provided at the lower end of the seed crystal 7, and the seed crystal 7 is attached to the attachment portion by binding with a platinum wire or the like.

【0030】次に、上述の如く構成された育成装置を使
用して本発明の実施例及び比較例に係るBaTiO3
結晶を製造し、その特性を比較した結果について説明す
る。下記表1は各実施例及び比較例の出発原料中の遷移
金属元素の含有量を示す。
Next, the results of comparing the characteristics of the BaTiO 3 single crystals produced according to the examples and comparative examples of the present invention using the growing apparatus constructed as described above will be described. Table 1 below shows the content of the transition metal element in the starting materials of each Example and Comparative Example.

【0031】実施例1 先ず、TiO2粉末とBaCO3粉末とを65:35のモ
ル比になるように混合し、この混合粉に前記表1の実施
例1欄に示す量の遷移金属元素を添加し、得られた混合
粉を出発原料とした。次に、この原料粉末をるつぼ1内
に装入し、このるつぼ1をマッフル10内に配置した。
そして、ヒータ2により加熱して原料粉末を溶融させる
ことにより原料融液6を得た。この原料融液6はヒータ
2により加熱して1400℃の温度に維持した。
Example 1 First, TiO 2 powder and BaCO 3 powder were mixed in a molar ratio of 65:35, and this mixed powder was added with the amount of the transition metal element shown in the above-mentioned Example 1 column of Table 1. The resulting mixed powder was added as a starting material. Next, the raw material powder was charged into the crucible 1, and the crucible 1 was placed in the muffle 10.
Then, the raw material melt 6 was obtained by heating the raw material powder by heating with the heater 2. The raw material melt 6 was heated by the heater 2 and maintained at a temperature of 1400 ° C.

【0032】次に、種棒8の下端部にチタン酸バリウム
(BaTiO3)の種結晶7を白金線で取り付けた。
Next, a seed crystal 7 of barium titanate (BaTiO 3 ) was attached to the lower end of the seed rod 8 with a platinum wire.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】次に、上昇・下降ヘッド9を下降させて種
結晶7を融液6に接触させた。そして、融液6の温度を
5℃/時の速度で降下させ、種結晶7の表面上に結晶が
晶出してくるのを確認した後、融液6の温度降下速度を
0.3℃/時に変更し、種棒8を0.4mm/時の速度で上昇さ
せた。
Next, the raising / lowering head 9 was lowered to bring the seed crystal 7 into contact with the melt 6. Then, the temperature of the melt 6 is lowered at a rate of 5 ° C./hour, and after confirming that crystals are crystallized on the surface of the seed crystal 7, the temperature drop rate of the melt 6 is changed.
The temperature was changed to 0.3 ° C./hour, and the seed rod 8 was raised at a speed of 0.4 mm / hour.

【0035】なお、結晶育成中はガス送風口4からマッ
フル10内にアルゴンガスを供給し、ガス取出口14か
ら採取したガスの酸素分圧(PO2)をジルコニア限界電
流式酸素分析計を使用して測定した。その結果、育成雰
囲気の酸素分圧は0.01気圧であった。育成後の結晶は、
大気圧中、1200℃で24時間の加熱処理を行った。
During the crystal growth, argon gas was supplied into the muffle 10 from the gas blowing port 4 and the oxygen partial pressure (P O2 ) of the gas sampled from the gas outlet 14 was measured using a zirconia limiting current type oxygen analyzer. And measured. As a result, the oxygen partial pressure in the growing atmosphere was 0.01 atm. The grown crystal is
The heat treatment was performed at 1200 ° C. for 24 hours under atmospheric pressure.

【0036】その後、加熱処理後のBaTiO3単結晶
を(100)面又は(001)面に沿って6面体に切断
し、この全ての面を鏡面研磨した。その後、単分域化処
理を施すことにより、1辺が3.5mmの立方形のBaTi
3単結晶を得た。
Then, the BaTiO 3 single crystal after the heat treatment was cut into hexahedrons along the (100) plane or the (001) plane, and all the surfaces were mirror-polished. After that, by subjecting it to single-domain processing, cubic BaTi with 3.5 mm on each side
O 3 single crystal was obtained.

【0037】実施例2 表1に示すように、遷移金属元素の総含有量が5ppmの出
発原料粉を使用したこと以外は、実施例1と同様にして
BaTiO3単結晶を得た。
Example 2 As shown in Table 1, a BaTiO 3 single crystal was obtained in the same manner as in Example 1 except that starting material powder having a total content of transition metal elements of 5 ppm was used.

【0038】実施例3 育成雰囲気の酸素分圧を0.02気圧としたこと以外は、実
施例1と同様にしてBaTiO3単結晶を得た。
Example 3 A BaTiO 3 single crystal was obtained in the same manner as in Example 1 except that the oxygen partial pressure in the growing atmosphere was 0.02 atm.

【0039】実施例4 育成後の加熱処理工程において、その加熱雰囲気をアル
ゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気とし、酸素ガス
の分圧を0.1気圧に制限したこと以外は実施例1と同様
にしてBaTiO3を製造した。
Example 4 In the same manner as in Example 1, except that in the heat treatment step after growth, the heating atmosphere was a mixed gas atmosphere of argon gas and oxygen gas, and the partial pressure of oxygen gas was limited to 0.1 atm. To produce BaTiO 3 .

【0040】実施例5 育成後の加熱処理工程において、その加熱温度を600℃
としたこと以外は実施例1と同様にしてBaTiO3
製造した。
Example 5 In the heat treatment step after growing, the heating temperature is 600 ° C.
BaTiO 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was adopted.

【0041】比較例1 表1に示すように、遷移金属元素の総含有量が2ppmの出
発原料粉を使用したこと以外は実施例1と同様にしてB
aTiO3単結晶を製造した。
Comparative Example 1 As shown in Table 1, B was prepared in the same manner as in Example 1 except that starting material powder having a total content of transition metal elements of 2 ppm was used.
An aTiO 3 single crystal was produced.

【0042】比較例2 育成雰囲気を大気としたこと以外は、実施例1と同様に
してBaTiO3単結晶を製造した。
Comparative Example 2 A BaTiO 3 single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that the growth atmosphere was atmospheric air.

【0043】比較例3 育成雰囲気の酸素分圧を0.1気圧としたこと以外は、実
施例1と同様である。
Comparative Example 3 The same as Example 1 except that the oxygen partial pressure of the growing atmosphere was 0.1 atm.

【0044】比較例4 育成後の加熱雰囲気中の酸素分圧を0.01気圧としたこと
以外は、実施例4と同じである。
Comparative Example 4 The same as Example 4 except that the oxygen partial pressure in the heating atmosphere after growing was 0.01 atm.

【0045】比較例5 育成後の加熱処理工程において、その加熱温度を500℃
としたこと以外は実施例1と同様である。
Comparative Example 5 In the heat treatment step after growing, the heating temperature is 500 ° C.
The same as Example 1 except that

【0046】次に、以下に説明する二光波混合実験によ
り、各実施例及び比較例のBaTiO3単結晶の光屈折
効果を測定した。図3は二光波混合実験を示す模式図で
ある。長さがLであるチタン酸バリウム単結晶21は、
その分極の方向を矢印26の方向に向けて配置される。
そして、コヒーレント(干渉性)であって、波長が514.
5nmである2本のレーザ光22,23は、分極の方向と
垂直の方向に対してθの角度をなしてBaTiO3単結
晶21に入射される。レーザ光24,25はBaTiO
3単結晶21を通過した光である。ここで、レーザ光2
3の強度はレーザ光22の強度の例えば約100倍であ
り、レーザ光22,23はS偏光である。
Next, the photorefractive effect of the BaTiO 3 single crystal of each Example and Comparative Example was measured by the two-wave mixing experiment described below. FIG. 3 is a schematic diagram showing a two-wave mixing experiment. The barium titanate single crystal 21 having a length L is
The polarization is arranged with the direction of arrow 26.
It is coherent and has a wavelength of 514.
The two laser beams 22 and 23 of 5 nm are incident on the BaTiO 3 single crystal 21 at an angle of θ with respect to the direction perpendicular to the polarization direction. The laser beams 24 and 25 are BaTiO 3.
This is the light that has passed through the single crystal 21. Here, laser light 2
The intensity of 3 is, for example, about 100 times the intensity of the laser beam 22, and the laser beams 22 and 23 are S-polarized.

【0047】そして、レーザ光23を照射したときのレ
ーザ光24の強度I24及びレーザ光23の照射を停止し
たときのレーザ光24の強度I′24を測定し、この測定
値及び単結晶21の長さLから、下記数式1に示す増幅
係数Γを求めた。
Then, the intensity I 24 of the laser beam 24 when the laser beam 23 is irradiated and the intensity I ′ 24 of the laser beam 24 when the irradiation of the laser beam 23 is stopped are measured, and the measured value and the single crystal 21 are measured. The amplification coefficient Γ shown in the following formula 1 was obtained from the length L of

【0048】[0048]

【数1】Γ=ln(I24/I′24)/L## EQU1 ## Γ = ln (I 24 / I '24 ) / L

【0049】また、レーザ光22,23の入射角度θを
31°に固定し、格子間隔Λgが0.5μm(Λg=λ/2si
nθ=514.5nm/2sin31°)のときの増幅係数Γを求め
た。この増幅係数Γの値が大きい結晶ほど光屈折効果が
大きい結晶である。
Further, the incident angle θ of the laser beams 22 and 23 is
It is fixed at 31 ° and the lattice spacing Λg is 0.5 μm (Λg = λ / 2si
The amplification coefficient Γ when nθ = 514.5 nm / 2sin 31 °) was obtained. The larger the value of the amplification coefficient Γ, the larger the photorefractive effect.

【0050】下記表2は二光波混合実験による増幅係数
Γの測定結果を示す。また、実施例1乃至5及び比較例
1乃至3,5は、ホール支配の光屈折効果を示した。一
方、比較例4は電子支配の光屈折効果を示した。
Table 2 below shows the measurement results of the amplification coefficient Γ by the two-wave mixing experiment. In addition, Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 and 5 exhibited hole-dominant photorefractive effect. On the other hand, Comparative Example 4 showed an electron-dominated photorefractive effect.

【0051】[0051]

【表2】 この表2から明らかなように、各比較例は増幅係数が
小さいのに対し、本発明の実施例においては、増幅係数
が大きく、大きな光屈折効果を示すホール支配のBaT
iO3を得ることができた。
[Table 2] As is clear from Table 2, in each of the comparative examples, the amplification factor is small, whereas in the example of the present invention, the amplification factor is large and the hole-controlled BaT showing a large photorefractive effect.
iO 3 could be obtained.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、ホール支配の大きな光
屈折効果を示すBaTiO3単結晶を製造することがで
きる。
According to the present invention, it is possible to produce a BaTiO 3 single crystal exhibiting a photorefractive effect in which holes are dominant.

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

【図1】BaO−TiO2系相平衡状態図である。FIG. 1 is a BaO—TiO 2 system phase equilibrium diagram.

【図2】本実施例にて使用する単結晶育成装置を示す断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a single crystal growth apparatus used in this example.

【図3】二光波長混合実験を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a two-light wavelength mixing experiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;るつぼ 2;ヒータ 3;断熱材 4;ガス送風口 5;観察用窓 6;融液 7;種結晶 10;マッフル 11;BaTiO3 1; crucible 2; heater 3; heat insulating material 4; gas blowing port 5; observation window 6; melt 7; seed crystal 10; muffle 11; BaTiO 3

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 味村 彰治 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 冨永 晴夫 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoji Ajimura 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Line Co., Ltd. (72) Haruo Tominaga 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Wire Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二酸化チタンとバリウムの酸化物又は炭
酸塩との混合物に、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni
及びCuからなる群から選択された1種又は2種以上の
元素からなる遷移金属元素を、その総含有量で5ppm以
上添加したものを出発原料とし、この混合物を1330
℃以上に加熱して溶融させる溶融工程と、酸素分圧が
0.02気圧以下の雰囲気中で、得られた融液にBaT
iO3の種結晶を接触させた後に前記融液を徐冷して前
記種結晶の表面上に単結晶を育成する育成工程と、育成
後の単結晶を酸素分圧が0.1気圧以上の雰囲気中で6
00℃以上に加熱処理する熱処理工程とを有することを
特徴とするBaTiO3単結晶の育成方法。
1. A mixture of titanium dioxide and barium oxide or carbonate containing V, Cr, Mn, Fe, Co and Ni.
And a mixture of transition metal elements consisting of one or more elements selected from the group consisting of Cu and Cu in a total content of 5 ppm or more as a starting material,
BaT was added to the obtained melt in a melting step of heating to ℃ or more to melt and in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 0.02 atm or less.
A step of growing the single crystal on the surface of the seed crystal by gradually cooling the melt after contacting the iO 3 seed crystal, and the grown single crystal having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or more. 6 in the atmosphere
BaTiO 3 growth method of a single crystal and having a heat treatment step of heat treatment to 00 ° C. or higher.
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