JPH07138096A - 硼酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents

硼酸リチウム単結晶の製造方法

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JPH07138096A
JPH07138096A JP28092293A JP28092293A JPH07138096A JP H07138096 A JPH07138096 A JP H07138096A JP 28092293 A JP28092293 A JP 28092293A JP 28092293 A JP28092293 A JP 28092293A JP H07138096 A JPH07138096 A JP H07138096A
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(57)【要約】 【目的】 気泡を含まない硼酸リチウム単結晶の製造方
法を提供する。 【構成】 硼酸リチウム原料を加熱溶融し、その溶融し
た硼酸リチウム原料融液から硼酸リチウム単結晶を成長
させるにあたって、前記硼酸リチウム原料融液中の水分
含有量Cと結晶成長速度vと温度勾配ΔTとが、次式: C≦(2.8×ΔT−5.4)/v を満たすような条件で硼酸リチウム単結晶の成長を行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硼酸リチウム単結晶の
製造方法に関し、例えば弾性表面波装置の基板材料とし
て用いる四硼酸リチウム単結晶の製造に適用して有用な
技術に関する。
【0002】
【従来の技術】硼酸リチウム単結晶は、零温度係数を有
し且つ電気機械結合係数の高い結晶方位を有するなどの
優れた特性により、弾性表面波装置用の基板材料として
近年注目されている。このような硼酸リチウム単結晶の
一製造方法としてブリッジマン法が公知であるが、得ら
れた硼酸リチウム単結晶中に気泡が生じ易いという欠点
があった。
【0003】ここで、気泡の発生原因は、硼酸リチウム
単結晶の飽和水分量を超える水分が原料融液中に含まれ
ていて、単結晶製造を工業的に実施する際に採用可能な
結晶成長速度(0.2〜0.5mm/時)においては原料
融液中の水分の拡散が十分に行われないことである。つ
まり、原料融液から結晶が晶出する際に、単結晶の飽和
水分量を超える水分は、固液界面の液相側に吐き出され
て固液界面近傍に留まる。そして、固液界面近傍の水分
は、組成的過冷却により、成長する結晶中に取り込ま
れ、結晶化の際に気泡となって結晶中に残ることにな
る。
【0004】そこで、上記欠点を克服するために、水分
含有量0.2%(2000ppm)以下の硼酸リチウム原
料を用い、水分含有量1%(10000ppm)以下の成
長雰囲気下で、硼酸リチウム単結晶の成長を行うことが
提案されている(特開平5−201797号)。その提
案によれば、水分含有量が200ppm以下の気泡の少な
い硼酸リチウム単結晶を得ることができるとされてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平5−201797号公報に記載された一実施例にお
いては、水分含有量0.07%(700ppm)の成長雰
囲気下で、水分含有量1200ppmの硼酸リチウム原料
から得られた硼酸リチウム単結晶中の水分含有量は12
0ppmであり、単結晶中に存在する気泡は少ないとはい
え皆無ではない。つまり、上記提案を以てしても気泡を
完全になくすことは極めて困難である。従って、弾性表
面波装置用の高品質基板を提供するためには、硼酸リチ
ウム単結晶中の気泡を完全になくす必要があり、それを
実現する製造方法の開発が急務であった。
【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、気泡を含まない硼酸リチ
ウム単結晶の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、ブリッジマン法により、硼酸リチウ
ム原料融液中の水分含有量Cや結晶成長速度vや温度勾
配ΔTを種々変えて硼酸リチウム単結晶を製造し、得ら
れた単結晶について気泡の有無を調べたところ、上記原
料融液中の水分含有量C、結晶成長速度v及び炉内の成
長容器近傍で測定された融点近傍の温度勾配ΔTの間に
相関関係があることを見い出し、本発明を完成するに至
った。
【0008】即ち、本発明は、硼酸リチウム原料を加熱
溶融し、その溶融した硼酸リチウム原料融液から硼酸リ
チウム単結晶を成長させるにあたって、前記硼酸リチウ
ム原料融液中の水分含有量C(単位:ppm)と結晶成長
速度v(単位:mm/時)と温度勾配ΔT(単位:℃/c
m)とが、次式: C≦(2.8×ΔT−5.4)/v ・・・・(1) を満たすようにして硼酸リチウム単結晶の成長を行なう
ことを提案するものである。
【0009】上記関係式の導出について説明する。
【0010】本発明者らが行った種々の硼酸リチウム単
結晶の成長実験(後述する実施例1や実施例2など)に
おいて、例えば、温度勾配ΔTを20℃/cmに設定し、
水分含有量Cが250ppm又は70ppmの硼酸リチウム原
料融液を用いたところ、250ppmの場合には結晶成長
速度vは約0.2mm/時以下、70ppmの場合には結晶
成長速度vは約0.7mm/時以下、であれば、得られた
単結晶中に気泡のないことが判明した。また、温度勾配
ΔTを7℃/cmに設定して同様に単結晶成長を行ったと
ころ、気泡が生じないのは、250ppmの場合には結晶
成長速度vは約0.06mm/時以下、70ppmの場合に
は結晶成長速度vは約0.2mm/時以下、であることが
判った。
【0011】図1に、上記各温度勾配ΔTにおいて気泡
のない単結晶を成長させる場合の、硼酸リチウム原料融
液中の水分含有量Cと結晶成長速度vとの関係の臨界特
性を示す。同図より、気泡の生じない臨界においては、
硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cと結晶成長速度
vとは相反する関係にあると考えられる。
【0012】即ち、結晶成長速度vが小さければ、成長
する単結晶から吐き出された過剰な水分は、原料融液中
を十分に拡散して結晶中に取り込まれ難くなるので、単
結晶中に気泡が生じ難くなる。また、結晶成長速度vが
大きければ、吐き出された過剰な水分の拡散が十分に行
われず、結晶中に水分が取り込まれ易くなるので、単結
晶中に気泡が生じ易くなる。
【0013】つまり、気泡のない硼酸リチウム単結晶を
製造する場合、結晶成長速度vが大きくなるのに伴っ
て、硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cの許容範囲
の上限値は低くなる。
【0014】図2に、結晶成長速度vが0.2mm/時で
ある時に気泡のない単結晶を成長させる場合の、硼酸リ
チウム原料融液中の水分含有量Cと温度勾配ΔTとの関
係の臨界特性を示す。同図より、気泡の生じない臨界に
おいては、硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cと温
度勾配ΔTとは比例の関係にあると考えられる。
【0015】即ち、温度勾配ΔTが小さいと、固液界面
における熱のゆらぎ等の影響を受けて変則的な固化が起
こった時に、固液界面から比較的遠ざかった範囲まで瞬
間的に固化してしまい、結晶中に多くの水分が取り込ま
れて気泡が生じる。しかし、温度勾配ΔTが大きけれ
ば、固液界面における固化範囲が極めて界面付近に限定
されるとともに、固液界面における熱のゆらぎ等の影響
が相対的に小さくなるので、結晶中に水分が取り込まれ
難くなる。
【0016】つまり、気泡のない硼酸リチウム単結晶を
製造する場合、温度勾配ΔTが小さくなるのに伴って、
硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cの許容範囲の上
限値は低くなる。
【0017】以上、詳述した硼酸リチウム原料融液中の
水分含有量Cと結晶成長速度vと温度勾配ΔTとの関係
を一括し、上記各実験により得られたデータに基いて係
数をを求めると、上記(1)式が導出される。なお、そ
の(1)式においては、硼酸リチウム原料融液中の水分
含有量Cが硼酸リチウム単結晶の飽和水分量に較べて高
いか低いか、或は等しいかを問わない。
【0018】ここで、温度勾配ΔTの選択範囲は、5℃
/cm以上で25℃/cm以下である。その理由は、温度勾
配ΔTが下限値に満たないと、結晶成長が遅くなりすぎ
てしまい工業的な実施には不適であり、一方、上限値を
超えると、成長した結晶にクラックが生じる虞があるか
らである。
【0019】また、結晶成長速度vの選択範囲は、0.
2mm/時以上で1.0mm/時以下である。その理由は、
結晶成長速度vが下限値に満たないと、育成コストが高
すぎて工業的な実施には不適であり、一方、上限値を超
えると、多結晶化する虞があるからである。
【0020】なお、硼酸リチウム原料融液中の水分含有
量Cを、硼酸リチウム単結晶の成長開始から終了まで上
記(1)式を満たすように保持するには、先ず、結晶成
長速度vや温度勾配ΔTに対応して決まる原料融液中の
水分含有量Cと同じ水分含有量の硼酸リチウム原料を用
意する。そして、その原料を成長容器に入れて加熱溶融
するとともに、乾燥雰囲気(真空状態を含む。)下で結
晶成長を行って成長雰囲気から原料融液中に水分が溶解
しないようにすればよい。但し、用意した硼酸リチウム
原料の水分含有量が、硼酸リチウム原料融液における飽
和水分量に近い場合、又は設定した結晶成長速度vや温
度勾配ΔTにおいて許容される水分含有量Cの上限値に
較べて著しく低い場合には、乾燥雰囲気でなくてもよ
い。
【0021】
【作用】上記した手段によれば、硼酸リチウム原料融液
中の水分含有量Cと結晶成長速度vと温度勾配ΔTとが
上記(1)式を満たすような条件で硼酸リチウム単結晶
の成長を行なうため、結晶成長時に固液界面において単
結晶から吐き出された過剰な水分が結晶中に取り込まれ
るのが防止され、気泡のない硼酸リチウム単結晶が得ら
れる。
【0022】
【実施例】以下に、上記(1)式を満たす成長条件で、
周知のブリッジマン法により、硼酸リチウム単結晶の成
長を行った実施例を挙げる。
【0023】(実施例1)水分含有量250ppmの硼酸
リチウム原料を入れた成長容器を結晶成長炉内に設置
し、乾燥雰囲気下で前記硼酸リチウム原料を加熱溶融し
た。そして、温度勾配ΔTを20℃/cm、結晶成長速度
vを0.2mm/時とし、硼酸リチウム原料融液中の水分
含有量Cを250ppmに保持しながらその原料融液を一
端から徐々に冷却して硼酸リチウム単結晶を成長させ
た。得られた単結晶中には、気泡が認められなかった。
【0024】(実施例2)水分含有量70ppmの硼酸リ
チウム原料を用いた。そして、温度勾配ΔTを7℃/c
m、結晶成長速度vを0.2mm/時とし、硼酸リチウム
原料融液中の水分含有量Cを70ppmに保持しながら、
その他の成長条件等を上記実施例1と同一にして上記実
施例1と同様に硼酸リチウム単結晶を成長させた。得ら
れた硼酸リチウム単結晶中には、気泡が認められなかっ
た。
【0025】なお、本発明は、上記各実施例により何等
制限されないのはいうまでもない。即ち、上記(1)式
を満たす範囲で、硼酸リチウム原料融液中の水分含有量
C、結晶成長速度v、温度勾配ΔTを任意に選択するこ
とができる。
【0026】
【発明の効果】本発明に係る硼酸リチウム単結晶の製造
方法によれば、硼酸リチウム原料融液中の水分含有量C
と結晶成長速度vと温度勾配ΔTとが上記(1)式を満
たすような条件で硼酸リチウム単結晶の成長を行なうた
め、結晶成長時に固液界面において単結晶から吐き出さ
れた過剰な水分が結晶中に取り込まれるのが防止され、
気泡のない硼酸リチウム単結晶を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cと結晶
成長速度vとの関係の臨界を示す特性図である。
【図2】硼酸リチウム原料融液中の水分含有量Cと温度
勾配ΔTとの関係の臨界を示す特性図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硼酸リチウム原料を加熱溶融し、その溶
    融した硼酸リチウム原料融液から硼酸リチウム単結晶を
    成長させるにあたって、前記硼酸リチウム原料融液中の
    水分含有量Cと結晶成長速度vと温度勾配ΔTとが、次
    式: C≦(2.8×ΔT−5.4)/v を満たすことを特徴とする硼酸リチウム単結晶の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7374616B2 (en) * 2003-07-10 2008-05-20 Clemson University Acentric lithium borate crystals, method for making, and applications thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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