JPS60205178A - イメ−ジ炉 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はフローティングゾーン法Ｇこよる単結晶の製造
等に用いられるイメージ炉の被加熱物の温度の計測を可
能にする構造に関するものである。

（従来技術とその問題点） イメージ炉は回転楕円面鎗から成る反射鏡の一方の焦点
に熱光源をおき、もう一方の焦点に試料をおいて熱光源
から出た光（輻射線）を試料側の焦点−こ集光し、試料
を加熱するものである。この装置には反射鏡を１個の回
転楕円面のみで構成する単種円型、反射鏡が２個の回転
楕円面の組み合わせで構成される双楕円型、更に反射鏡
を３個以上の回転楕円面の組合わせで構成する多槽内型
とがある。

次ｌこ従来のイメージ炉の構造及び欠点を単種円型の装
置を一例として図憂こ従って説明する。

第１図は従来構造を有する単種円型のイメージ炉の加熱
灯の部分を示す断面図である。

図において、１０１は反射炉であり、１０２は反射鏡の
取外し可能な部位であり、これらの反射鏡面１０３．１
０４はＦＩ　ＩＩ　２を焦点とする楕円をＸ軸上ζこ回
転させた回転楕円面で構成される。１０５は焦点Ｆ１　
Ｆｔこおかれた熱光源ランプとしてのハロゲンランプで
あり、フィラメント１０６とこれを覆う石英ガラス製の
ランプ管１０７とから構成される。

１０８は上側試料であり、上側シャフト１０９１こ固定
された上側試料ホルダ１１０から釣下げられている。

１１１は下側試料であり、下側シャツｌ−１１２ｉこ下
側試料ホルダ１１３を介して固定されている。才た１１
４は加熱溶融された溶１漣域（モルテンゾーン）であり
、１１５は透明石英ガラスでできた炉心管である。炉心
管１１５は加熱された試料からの蒸発ガスで反射鏡が汚
染されるのを避けるために挿入される。１１６は反射−
１０２＋こ開けられた小窓であり、レンズ１１７１こよ
って赤熱発光している溶ト、′４域１１４の像がスクリ
ーン１１８に投影される。

次−こフローティングゾーン法醗こよる単結晶の成長を
行なう場合−こついてこの炉の動作を説明する。

イメージ炉はハロゲンランプ１０５を点灯することによ
り、これから発する熱幅射線が共有焦点Ｆ。

上に集光され、Ｆ７点を加熱することかでさる。

従ってフローティングゾーン法の単結晶成長を行なう場
合には下側試料１１１として種結晶を上側試料１０８と
して結晶素材でできた焼結棒を使用し両者の間をハロゲ
ンランプ１０５の点灯により、加熱溶槽して溶融域（モ
ルテンゾーン）］１４を形成させる。溶融域１１４はハ
ロゲンランプからの輻射熱量により、その大きさが決定
され、この輻射熱量を多くすると溶融域は大きくなり、
遂憂こは確液が流れ落ちてしまいまた少くすると溶ｒｊ
Ａ城は小さくなり遂には無くハっでしまう。こυりため
、イメージ炉におけるＩＩ熱制御は、スクリーン１１８
）こ写し出される溶融域１１４のノに状を硅測しながら
、１溶姻域の大きさが適正にＩＳるようｔこハロゲンラ
ンプへの入力電力を手！ｊｌＩ調竪する方法が用いられ
る。

ところでこのような従来構造のイメージ炉では、元が充
満し１こ反射鏡の中φこ試料があるため、例えば溶融域
の温度を非接触で測定することは困難であり、わずかに
スクリーンに写し出されたＷ４ｆＪｌｉ域の形状から適
正な加熱条件を判Ｖ「するＣとしかできなかった。すな
わち、ＬＩＩ昌射工不ルキーの強度から温度測定を行な
う輻射温度計ては、溶融域からの輻射エネルギ１こハロ
ゲンランフ′の元のエネルギが加わった状態で測定する
ことになるため、実際の温度をめることは不可能であっ
た。

このことは例えばフローティングゾーン法による結晶成
長以外の加熱用途、例えば小片試料を規定の温度で加熱
する用途などにイメージ炉が適用し難いことになり、イ
メージ炉の太きｔ欠点であった。

（発明の目的） 本発明の目的はこのような欠点を除去するため、溶融域
の温度あるいは被加熱試料のｌｆｉ度に関する情報が検
出可能な構造を肩するイメージ炉を提供することにある
。以下図向に従って詳細に説明する。

（発明のｆｆ＜＋ａ） 本発明によれば１個または複数個の回転楕円面から戸る
反射蝉の一方の焦点ｌこ熱光源ランプを配し、他の一方
の焦点に配した試料に光を集中して加熱するイメージ炉
であって、前記熱光源ランプのランプ管が特定波長λの
光に対し吸収帯を有するカラスから成るとともζこ試料
の周囲を覆う炉心管が前記特定波長λの近傍憂こ吸収帯
を持たないガラスから成り、反射鏡憂こ開けられた窓に
前記特定波長λの狭帯域バンドパス光学フィルタを有す
ることを特徴とするイメージ炉が得られる。

（実施例） 以下図面−こ従って詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例である単極円型のイメージ炉
の加熱炉の部分を示す断面図である。

図において２０１は反射鏡であり、２０２は反射鋳の取
外し可能な部位であり、これらの反射鏡面２０３．２０
４はｐ、　／　、ｐ、　／　を焦点とする楕円をＸ′軸
上ｆこ回転させた回転楕円面で構成される。２０５は焦
点Ｆ、／上昏こおかれた熱光源ランプとしてのハロゲン
ランプであり、フィラメント２０６が特定波長λに吸収
帯を有する透明ガラス性のランプ管２０７で覆われた構
造を有する。２０８は上側試料であり、上側シャツ）２
０９４こ固定された上ＩＩ試料ホルダ２１０から釣下げ
られている。２１１は下側試料であり、下側シャツｌ−
２１２に下側試料ホルダ２１３を介して固定されている
。また２１４は加熱溶融された溶融域（モルテンゾーン
）であり、２１５は前記特定波長λに吸収帯をもたない
透明ガラスでできた炉心管である。２１６は反射鏡２０
２に開けられた小窓であり、レンズ２１７１こよりて赤
熱発光している溶融域２１４の像がスクリーン２１８に
投影される。

２１９は反射鏡２０２ζこ開けられた別の小窓であり、
前記特定波長λの輻射光のみを通す狭帯域バンドパス光
学フィルター２２０が設けられている。

第３図は第２図の実施例において、小片試料の加熱を行
なう時の試料の設置状態を示す加熱炉部分の断面図であ
り、第２図の状態から上側試料２０８を除去するととも
に下側試料２１１の替わりに、試料台２２１ヲこ載せた
小片試料２２２を取りつけである。他の構成は、第２図
七同−である。

次に本発明の原理について第２図及び第３図の５１！施
例１こより説明する。第２図及び第３図１こおいてハロ
ゲンランプ２０５を点灯し、溶融域２１４を形成あるい
は小片試料２２２を加熱しているとする。

この場合ハロゲンランプのフィラメント２０６からの輻
射光は第４図に示す黒体輻射のスペクトルに近い発光ス
ペクトルを有しているが、ランプ管２０７を通ってくる
元はランプ管２０７によって特定波長λの輻射光が除去
されたスペクトルとなる。

一方角熱溶融された溶融域２１４あるいは加熱された試
料２２２からはその材料ｌこ特有の連続スペクトルの輻
射があり、前記特定波長λの輻射光も含すれている。従
って前記特定波長λの光のみを通すバンドパス光学フィ
ルタ２２０を通り反射＠、２０２の外側に出る光からは
、λの波長を通す炉心管を通り抜けた溶融域２１４ある
いは試料２２２からの輻射光が検出できるが、λの波長
の欠落した／Ｘロゲンランプの光は含まれない。すなわ
ち、光学フィルタ２２０の外側では溶融域２１４あるい
は試料２２２からの輻射光の情報をハロゲンランプの光
の影響を取り除いた形で検出できる。従って光学フィル
タ２２０の外側から前記特定波長λ−こ感度を有する測
定器で溶祷域２１４または試料２２２の表面の輻射量の
測定を行なえば特定波長λの輻射量を知ることができ、
特定波長λにおける試料の輻射率を考慮することで溶融
域２１４あるいは試料２２２の１Ｍ度を知るこさができ
る。

ここで光学フィルタ２２０を取付けである窓２１９１ま
第２図及び第３図の実施例では反射＠２０２に開けであ
るが、溶融域２１４あるいは試料２２２を覗ける位置で
あれは、反射＠　２０１または２０２のどの位置でも良
いことは明らかである。

次にランプ管及び炉心管の材質ｌこ関する例を説明する
。

第５図をこ東芝セラミツ／ハ鉢式会社の２棟の石英カラ
スＴ−１０００と’ｌ’−２０３０の透過率のスペクト
ルを例として示す。’１’−１ｏｏｏでは２．５〜３．
０μｍの聞−こＯＨ基の存在ζこ起因する吸収帯がある
が、Ｔ−２（１３０ではＯＨ基を無くすことでこの吸収
帯を無くしている。従ってハロゲンランプのランプ管２
０７にＴ−１０００を、炉心管◆こＴ　−２０３０を使
用すれは本発明の効果が得られる。Ｔ−１０００とＩ’
−２０３０の石英カラスの組合わせを用いた場合をこは
、光学フィルタ２２０として２．８μｍのバンド定でき
、試料の輻射率及び輻射スペクトルを考慮することで溶
融域２１４あるい（ま試料２２２の温度をめることがで
きる。

ここでランプ管及び炉心管の材′ばとしては、第５図の
例以外ｌこも他の種類のガラスを使用しても、ランプ管
を特定波長λに１１シ吸収帯を有するガラスで構敗し、
炉心管の材質を特定波長λの部分に吸収帯のないカラス
を用いる限り、本発明の効果を得ることができる。

（発明の効果） このようをこ本発明によれば熱元碗ランプの光の影響を
受けないで溶融域あるいは試料からの特定波長λの輻射
光の強さを非接触で測定することが可能となり、溶融域
あるいは試料の温度を非接触にて反射鏡の外１１１１か
ら検出することが可能となる。

このため従来イメージ炉の使用が困蝿であつ１こ小片試
料の規定温度での加熱等の用途−こ対し十分適用できる
イメージ炉を提供することかでさ名。

また本発明によればフローティングゾーン法による結晶
成長を行Ｙｉ’＞ｔａ合ｌこも溶融域の温度のモニタが
可能となり、加熱電力の自動制御に適用可能なイメージ
炉を提供することができる。。

なお、ここでは熱光源ランプとしてハロゲンランプを使
用した場合について説明したが、熱光源ランプとして例
えはキセノンランプ、水銀ランプのような放電ランプを
使用する場合基こも本発明が適用でき、第２図の実施例
上同様の効果が１９られることは明白である。

またここでは単楕用型のイメージ炉について説明したが
双楕円型あるいは多相円型のイメージ炉についても本発
明が適用でき、同様の効果を生じること（ま明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を有する単槽円型のイメージ炉の加熱
炉の部分を示す断面図で、第２図１ま本発明の一実施例
である単槽円型のイメージ炉の加熱炉の部分を示す断面
図、第３図は第２図の実施例において小片試料の加熱を
行なう時の試料の設置状態を示す加熱炉部分の断面図で
、第４図は黒体輻射のスペクトルの特性曲線図′、第５
肉は本発明に適用するガラス材料の例としての２種の石
英ガラスの透過率スペクトルの特性曲線図である。 図において、２０１．２０２は反射鋼、２０５はハロゲ
ンランプ、２０７はランプ管、２０８は上試料、２１１
は下試料、２１４は溶融域、２１５は炉心管、２１９は
窓、２２０は光学フィルタ、２２２は小片試料である。 一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １個または複数個の回転楕円面からなる反射鏡の一方の
   焦点に熱光源ランプを配し、他の一方の焦点に配した試
   料に光を集中して加熱するイメージ炉であって、前記熱
   光源ランプのランプ管が特定波長λの光φこ対し吸収帯
   を有するガラスから成るととも擾こ試料の周囲を覆う炉
   心管が前記特定波長λの近傍に級収帯を持たないガラス
   から成り、反射鏡に開けられた窓に前記特定波長λの狭
   帯域バンドパス光学フィルタを有することを特徴とする
   イメージ炉。