JPS5921590A - 焦電体単結晶の製造方法 - Google Patents

焦電体単結晶の製造方法

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JPS5921590A
JPS5921590A JP57130608A JP13060882A JPS5921590A JP S5921590 A JPS5921590 A JP S5921590A JP 57130608 A JP57130608 A JP 57130608A JP 13060882 A JP13060882 A JP 13060882A JP S5921590 A JPS5921590 A JP S5921590A
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Senji Shimanuki
島貫 専治
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
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    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明・の技術分!f〕 本発明はPb5Ge3−xslxol 1酸化物ηj結
晶からなる焦電体単結晶の製造方法に関するものである
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に焦111.利旧は測定物から離れて、その温度を
1ll11定することができる非接触温度センサーの−
feltでイ5る焦電形赤夕l線センーリ−−の検出器
素子として多く実用化さtl、−Cいる。
この実用化さ11ている月産1としてt、1、例えばセ
ラミックスとしてのPb’l’103 、 PZTある
いlsl単結晶のLi’l’a03 、 Pb5Ge3
−xslxol 1などがある。
このうち前者のセラミックス幻、加EE (<Jユ、昂
産件に富むという利点を持っCいる反面、性能的に劣り
、丑だ特性の信頼性に欠けるという問題がある。′止だ
後者の単結晶は、単結晶特有の完全性、均一性、異方性
という大きな長所を持ち、A′N密加工の容易性、焦電
特性の再現性、 ([軸性に優れているという利点があ
る。
しかしながらJIS結晶はチョクラルスキー法(CZ法
)にJ:り作成するだめ、これを検出器素子に必要な5
0μm以下の厚さにスライシングおよび研摩加工して薄
くしなければならず量産性に劣る欠点があった。またこ
のうちI’b5Ge3−xslxol +単結晶はLI
Ta03単結晶に比べて大きな焦電係数および性能指数
を有し、しかも融点が約740℃と極めて低いという単
結晶作製に有利な条件を備えているが、前述の如く量産
性が悪く、シかも単結晶作成中に組成偏析を生じ易いな
どの問題があり、その解決が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、大面積で欠
陥が少なく、組成偏析もなく表面が平滑な薄膜あるいは
厚膜が得られ、しかも量産性に優ノ1、たPh5Ge5
−xsIxol T焦電体+11結晶の製造方法を提供
するものである。
〔発明の概要〕
本発明はPb5Ge5−xslxoll (但し0 <
 X り2 )の化学組成で表わされる非晶質酸化物薄
板の一端に、六角板状ケなす酸化物単結晶種を、その6
面が前記酸化物薄板の平面方向と一致するように設けて
、この端部側より局部的な温度勾配下で順次再結晶化さ
せて、琳結晶を全面に成長させることを特徴とするもの
である。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明におい−C用いる焦′fTL特性を有する酸化物
HPb 5Ge3−xS Ixollで、但しく1 <
X <:2の化学組成を有するものである。この場合X
が2を越えると、異相外+c# l、て5102などが
形成され、最終的に所望の組成が得られガくなる。
コ(7) Pb5Ge3−xS lxo+ +を非晶質
化する方法としでは、先ず酸化物を一日、溶融して、均
質な組成にした後、烏、冷して凝固させる液体急冷法と
、基板物質の上に蒸着して成長させる蒸着法とに大別き
れる。
液体急冷法としては、例えば第1図に示すように前記酸
化物を白金るつは1で一旦溶融して均質な組成の酸化物
融体2とし、これを熱伝導性の良い金属製の双ロール3
0間に流し込んで圧延急冷すると、大面積で厚さ/咽以
下の薄膜あるいは1v膜状の非晶質酸化物薄板4が得ら
れる。この場合、金属性双ロール3としてはスチール、
銅、ステンレスなどのロールを用い、また単ロールによ
って急冷しても良い。またこの他の液体急冷法としては
、高速移動する金属ベルトに酸化物融体を注ぐ方法、あ
るいは酸化物融体中に冷却媒体を浸漬して引き上げる方
法などがある。
−またPb5Ge3−xsIxol 1酸化物を蒸着法
によって非晶質化(〜て、非晶質酸化物薄板を形成する
方法と17では、例えば高周波ス・Pツタリング法。
iu流スパッタリング法、イオンビームスフ9ツタリン
グ法、イオンブレーティング法、電子ビーノ・蒸着法、
化学蒸着法(CVD )などが挙られる。
例えばスパッタリング法を用いる場合、真空容器内に高
周波電源に接続した結晶質酸化物のターケ°ットを設け
ると共に、これと対向してザ7アイヤ基板、ガラス基板
などあ基板を配置して高周波ス・千ツタリングを行なう
ことによυ基板上に非晶質酸化物薄板を形成する。
次いで得られた非晶質酸化物薄板4は第2図に示すよう
に、例えば羽子板状に加工して、この握手側の狭い一端
側に酸化物j)1結晶種5を形成する。
この場合、狭い一端側に酸化物単結晶種5を形成する方
法の一つとしては、士下の温度勾配、例えば100℃程
度の温度勾配を力えることにより六角板状をなす酸化物
単結晶種5が形成される。−また他の方法としては六角
板状をなす酸化物単結晶種5を、非晶質酸化物薄板4の
一端に種旬けして形成する方法がある。この場合、六方
晶をなすPb5Ge3−xsIxol 1の酸化物単結
晶種6を、その6面が非晶り11酸化物薄板4の平面方
向と一致するように形成する必要があるが、上下の温度
勾配を与えるととにより0面が平面方向と一致して種成
長が行なわれる。
次に非晶質酸化物薄板4の上下に平行ヒーター6.6を
配置して、酸化物単結晶種5を設けた一端側から局部的
々温度勾配を与えながら順次加熱して行くと前記単結晶
種5が感長し、次第に幅の広い方向に向って成長し最終
的に全域が単結晶化されて焦電体単結晶7となる。
この再結晶化におけ、る加熱手段としては、上下の平行
ヒーター6.6に限らず、レーザーあるいは赤外線イメ
ージ灯かとを用いても良い。
また再結晶化するだめの加熱温度としては、その最高温
度が結晶転移点(約500℃)以上で、融点(約740
℃)±150℃以下であることが好ましい。この場合、
結晶転移点未満の温度ではPb5Ge3−xsIxol
 1の強誘電相が生ぜず、何ら焦電的特性を有しないP
b5Ge207の常誘電相が成長してし゛まい、壕だ融
点+150℃を越える温度ではpboの・蒸発が著しく
、組成偏析を生ずるため上記範囲が望jしい。
」ユ記方法によれは液体弁、冷法あるいは蒸着法に、よ
り、大興積で1叫品下の薄膜や厚膜なと薄板状竺形成声
れ、従来やC,Z法の如く、得られた大型焦電体()i
結晶からのスライシングや研J!J11加工が全く不要
となりfrt産性に優れている。また非晶質酸イ1物れ
ケ板の結晶ブヒは狭い領域で進行すやため、組成偏析や
欠j窟も成長し誰< 、(Iられた焦電体単結晶のGe
とSlの盛分比仁1初期の非晶質、酸化物の組成と全く
同一で、ザブグレインやクラック等の発生のない良質な
ものとなそ。
まだ結晶成長速度は、六方晶のC面方向が最も速く、酸
化物単結晶種を−その9面が非晶質酸化物薄板の平面方
向と一致させであるので、従来cvci法によるC軸方
向の結晶rlh長速度が、0、7 mm<hrで彎結晶
の育成がなされているのに対し、20〜200πm/h
rと極め、て高速度で成長が進行し、との点に於ても創
産坪(優れているものである。
〔発明の実施例〕 。
Pb5Ge3.5S I(1,5011から成る組成の
酸化物粉体100Iを第1図に示すように白金るつは1
に入れて、抵抗加熱炉で800℃に溶融した後、とれを
50 cm/seeの周速で回転するスチール製の双ロ
ール3間に流し込んで圧延急冷し、幅約8.錆。
長さ約85 cm 、厚さ約200μmの透明な厚膜□
状の薄板を作製した。この一部を取ってX線回−□で調
べたところ非晶質であることが確認された。
壕だ光学顕W1.鏡および偏光顕微鏡で試料全域を調べ
たところ、全く空孔もなく光学的に等方向。
で非晶質であった。さらにこの試料を示差熱分析装置に
より結晶化温度と結晶転移点および融点を調べたところ
、夫々380℃、495℃、および735℃であった。
次にこの非晶質酸化物薄板4を第2図に示すように羽子
板状に加工し、この狭い握手側の上下に白金で作られた
2本の平、行ヒーター6.6を配置して、上下に100
℃の温度差を与えて、握手側に六角板状の酸化物単結晶
種5を育成する。この育成された酸化物単結晶種5は、
薄い領域で上下の温度差を与えられて、その0面が非晶
質酸化物薄板4の平面方向と一致して育成され、平面六
角板状となる。この後、最高温度が820℃、温度勾配
300℃10nの条件下で、平行ヒーター6.6を2m
m1分の速さで通過させ、順次端部側から再結晶化させ
て最終的に焦電体単結晶7を作製した。
得られた焦電体単結晶7の一部を取ってX線うワエ゛写
真を撮ったところ、膜面が0面の六方晶をなす単結晶で
あることが確認された。まだこの焦1【を体単結晶の全
域を偏光顕微鏡で調べたところ、成長を開始した握手側
の一部を除いて全域−亘り、ザブグレインやクラックな
どの欠陥は認められなかった。まだX線マイクロアナラ
イザーで組成偏析を調べだところPb + Go。
Siの元素について全く元素変動がなかった。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明に係る魚電体#1′4−結晶
の製造方法によれば、大面積で欠陥が少なく、組成偏析
もなく、表面が平滑な薄膜あるいは厚膜の3)″L結晶
が容易に得られ、しかもスライシングや?J(摩などの
加エエ穆が不要となることと相まって量産性に優れてい
る。この結果、Pb5Ge3−xsix011焦電休1
)1焦電上1価に製造され、特性の門れだ焦電形赤外線
センサーの検出素享としぞの実用化が可能とな・た。更
に、本ih′明方°法では、iえば81基板上に20μ
二以下のPb5Ge3−xs’l XOl 1の薄膜状
焦電体単結晶を成長させることができるため、赤外線セ
ンサーのハイ□ブリット化が可能で人体表面の温度分布
苗11定、公害監視装′置などの・マイロビジョンとし
て応用できる他、晃スイッチなど光学素子としての応用
も可能であ°るなと顕著な効果を有する敏のである。
第1図は本発明の一実施例を示すもので液体急冷法によ
り非晶質酸化物薄板を作成している状態を示す斜視図、
第2図は液体急冷法により得られた非晶質酸化物薄板を
再結晶化している状態を示す斜視図である。
1・・・白金るつぼ、2・・・酸化物融体、3・・・双
ロール、4・・・非晶質酸化物薄板□、5・・・酸化物
単結□晶lft、 1 ”6・・・平行ヒニター、7・
・・□焦電体単結晶。
11

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (])  Pb5Ge3−xslxo11 (但しo 
    < x <’2 )の化学組成で表わされる非晶質酸化
    物薄板の一端に、六角板状をなす酸化物単結晶種を、そ
    の0面が前記酸化物薄板の平面方向と一致するように設
    けて、この端部側より局部的な温度勾配下で順次再結晶
    化することを特徴とする焦電体単結晶の製造方法。 (2)非晶質酸化物薄板を液体急冷法により形成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の焦電体単結
    晶の製造方法。 (3)  非晶質酸化物薄板を蒸着法により基板の表面
    に旬着形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の焦電体tit結晶の製造方法。 (4)六角板状をなす酸化物単結晶種を、非晶質酸化物
    薄板の一端に、その平面方向に対して」二下の温度差を
    寿えて形成することを特徴とするIl′fWr請求の範
    囲第1項記載の焦電体単結晶の製造方法。 (5)  六角板状をなす酸化物単結晶種を、非晶質酸
    化物薄板の一端に、種付けして形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲?R1項記載の焦tIL体甲結晶の!
    、!!造方法。
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