JPH06219884A - 単結晶の成長炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 るつぼを移動させることなく、長い単結晶を
も成長方向に対して均一な品質で形成できるコンパクト
な成長炉を提供する。 【構成】 複数段に積み重ねたリング状のヒータ３に温
調制御部６から制御出力を送出し、結晶成長開始部分の
温度を微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばヨウ化セシウム単
結晶を成長させるための成長炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヨウ化セシウム等の長尺の単結晶
を成長させる方法として、ブリッジマンストックバーガ
ー法が採用されている。これは、例えば、図４に示すよ
うに、結晶の融点以上の温度に加熱されるリング状の上
部ヒータ11とその下部に配置される結晶の融点以下の温
度に加熱されるリング状の下部ヒータ12とが設けられた
成長炉13内でるつぼ14を移動させるように構成され、上
部ヒータ11で加熱した後、その成長炉13の上方に配置し
た昇降装置15によって、単結晶の成長開始時にるつぼ14
を下部ヒータ12に移動させるようにしたものである。な
お、符号16はモータである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の方法では、ヨウ
化セシウムなどのアルカリハライドで径と長さの比が小
さい結晶を作成する場合、るつぼ14が下がることにより
引下方向の温度分布が変化し、例えば最初に結晶化した
部分は泡やポリ結晶等の欠陥が発生し易く、結晶成長方
向に沿って均一な品位の結晶を得るのが難しかった。

【０００４】また、高エネルギー用シンチレータでは、
例えば製品レベルで50×50×500(L)mm程度のかなり大き
な単結晶が必要とされ、このような場合には、結晶成長
の困難さがある上に、そのるつぼ14を移動させうるだけ
の成長炉自体の大きさを要し、かつその成長炉13の上部
に昇降装置15を設ける必要があり、そのために、炉装置
が大型化して設置のためのスペースを要し、レイアウト
の自由度が制約されるという難点もあった。

【０００５】本発明はこのような実情に鑑みてなされ、
るつぼを移動させることなく、長い単結晶をも成長方向
に対して均一な品位で形成できるコンパクトな成長炉を
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための手段を以下のように構成している。すな
わち、内部にるつぼが固定配置される炉本体には、複数
のリング状のヒータが積み重ねられて上下に連続する加
熱ゾーンが形成され、かつ前記るつぼ内で結晶が成長を
開始するときにはその成長開始部分に対応する前記加熱
ゾーンから順次各加熱ゾーンの温度を所定のタイミング
で下げるように前記各ヒータに制御出力を送出する温調
制御部が設けられていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】成長炉の内部に固定状態に設置したるつぼに対
して、温調制御部によって、その下部の結晶成長開始部
分に対応するヒータから順次各ヒータの温度を所定のタ
イミングで下げることにより、大型の結晶においても結
晶成長開始部分の温度を微調整することができ、結晶を
健全に成長させることができる。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は成長炉１の構成を示し、符号２は複
数のリング状のヒータ３，…が積み重ねられてなる炉本
体で、各ヒータ３によって上下に連続する加熱ゾーン
４，…が形成されるようになっている。各ヒータ３には
熱電対５を介してプログラム温調器（温調制御部）６が
接続され、その炉本体２内に配設された受台７上に固定
状態に乗載されたるつぼ８内で固化材料９が溶融した
後、結晶が成長を開始するときには、その成長開始部分
に対応する加熱ゾーン4eから順次下から上へ各加熱ゾー
ン4c，4d，…の温度が所定のタイミングで下げられるよ
うに構成されている。

【０００９】このような構成により、結晶が成長し始め
るときには、炉本体２内で、温度が下から上に連続して
変化する加熱ゾーン4e，4d，…4aが形成され、るつぼ８
内で適切な結晶成長速度を得ることができ、泡やポリ結
晶等の欠陥を発生させることなく健全な長尺の単結晶を
得ることができる。

【００１０】このようなプログラム温調器６により形成
される温調パターンについて説明すると（図２参照）、
るつぼ８内に投入した固化材料（固化したＣｓＩ）９が
溶融するまでは各ヒータ３（加熱ゾーン４）の温度Ｔを
所定の高温Ｔ₁ （ 650℃程度）に設定し、完全に溶解し
た時点、つまりｔ₁ 時間経過後に、下から二段目のヒー
タ3eを例えば0.1 〜1.0 ℃／ｈの温度勾配で降温させ、
ｔ₂ 時間経過後に温度Ｔ₂ （ 600℃程度）に保持する。
この間、必要とあれば、所定の温度勾配が得られるよう
に最下段のヒータ3fで補助的に調整する。つまり、加熱
ゾーン4fはもっぱら加熱ゾーン4eの温度調整のために設
定される。

【００１１】ｔ₂ 時間が経過する時点では、結晶の成長
が加熱ゾーン4dに達しており、この時点で下から三段目
のヒータ3dを同様の温度勾配で降温させ、ｔ₃ 時間経過
後にこれを温度Ｔ₂ に保持し、以下、同様に、順次、各
ヒータ3c，3bを温度Ｔ₂ まで降温させてゆく。

【００１２】最上段に設けたヒータ3aは最終段階での炉
本体２内全体の熱バランス状態を形成して結晶化の最終
段階における異常成長を抑制するために補助的な調整用
として用いられ、その下に設けられたヒータ3bの降温速
度に準じて適宜に温調操作される。

【００１３】上述の温調パターンは、成長させる結晶の
種類や大きさに応じてプログラム温調器６に予め設定し
ておき、加熱開始後は、そのプログラム温調器６から各
ヒータ３に対して制御出力が送出される一方、各熱電対
５により各加熱ゾーン４の実際の温度がフィードバック
され、必要に応じて最下段のヒータ3fまたは最上段のヒ
ータ3aで補助的な調整をしつつ設定された温調パターン
どおりの温度制御が完全自動で実行される。その温調パ
ターンは過渡的にきわめて円滑に連続したものとなり、
これにより均一で高品位な結晶を成長させることができ
る。

【００１４】各ヒータ３のサイズ、及び積み重ね段数は
形成する結晶の大きさ（長さ）に依って設定されるべき
であるが、図１の場合、最上段のヒータ3aの高さは 250
mm、二段目以下の各ヒータ3b，3c，…の高さは 150mmで
あり、φ 155×Ｌ 380mmの結晶インゴットを得ることが
できた。

【００１５】このように本成長炉１によれば、るつぼ８
を炉本体２内に固定し、プログラム温調器６によって複
数段の各ヒータ３を予め設定した温調パターンを形成す
るように制御したので、大型の結晶をコンパクトな装置
で健全に成長させることができ、かつその制御プログラ
ムも簡易なものでよいという利点もある。

【００１６】図３は異なる実施例を示し、最下段のヒー
タ3fをるつぼ８の直下に配置し、その上のヒータ3eに対
する温調補助効果を向上させるようにしたものである。
つまり、ヒータ3fはもっぱら加熱ゾーン4eの温度を補助
的に調整するために用いられる。なお、この場合、るつ
ぼ８は懸吊支持させるのが好ましい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶の
成長炉によれば、複数のリング状のヒータを積み重ねて
上下に連続する加熱ゾーンを形成し、各ヒータを温調制
御部からの制御出力で温調するようにしたので、るつぼ
を固定することができ、しかも結晶成長開始部分の温度
を微調整することができ、コンパクトな装置で、均一な
品位の大型の単結晶を得ることができる。

【００１８】また、複数段に積み重ねたヒータを個々に
制御するので、制御プログラムが簡易なものでよいとい
う利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶の成長炉の一実施例を示す構成
図である。

【図２】同温調パターンの一例を示すグラフである。

【図３】同単結晶の成長炉の異なる実施例を示す構成図
である。

【図４】従来の成長炉の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…成長炉、２…炉本体、３…ヒータ、４…加熱ゾー
ン、６…温調制御部、８…るつぼ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にるつぼが固定配置される炉本体に
   は、複数のリング状のヒータが積み重ねられて上下に連
   続する加熱ゾーンが形成され、かつ前記るつぼ内で結晶
   が成長を開始するときにはその成長開始部分に対応する
   前記加熱ゾーンから順次各加熱ゾーンの温度を所定のタ
   イミングで下げるように前記各ヒータに制御出力を送出
   する温調制御部が設けられていることを特徴とする単結
   晶の成長炉。