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JPS5914431B2 - Single crystal manufacturing equipment - Google Patents
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JPS5914431B2 - Single crystal manufacturing equipment - Google Patents

Single crystal manufacturing equipment

Info

Publication number
JPS5914431B2
JPS5914431B2 JP6852080A JP6852080A JPS5914431B2 JP S5914431 B2 JPS5914431 B2 JP S5914431B2 JP 6852080 A JP6852080 A JP 6852080A JP 6852080 A JP6852080 A JP 6852080A JP S5914431 B2 JPS5914431 B2 JP S5914431B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
melt
heater
die
melting section
Prior art date
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Expired
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JP6852080A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS56164099A (en
Inventor
康行 岡村
栄紀 三村
義久 駒沢
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.)
KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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Publication date
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、融液から単結晶を成長させるための製造装置
に関するもので、特に単結晶の外形を制御しながら連続
的に単結晶成長を行うための単結晶製造装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a manufacturing apparatus for growing a single crystal from a melt, and in particular a single crystal manufacturing apparatus for continuously growing a single crystal while controlling the external shape of the single crystal. It is related to.

従来のこの種の装置としては、EFG法(Edge−d
efined 、 Film−fed Growth
method )およびステエファノフ法が知られてい
る。
Conventional devices of this type use the EFG method (Edge-d
efined, Film-fed Growth
method) and the Stefanoff method are known.

FEGの原理は、第1図に示すように、ヒータ1によっ
て融解されたルツボ2内の融液5を、ダイ4の中央に作
られている細管の毛細管現象によって、ダイ4の上端部
まで上昇させ、ダイ4の上端部に濡れて出た融液を引き
上げることにより、ダイ4の上端部の外形によって規定
された形状の単結晶6を製造するものである。
As shown in Fig. 1, the principle of FEG is that the melt 5 in the crucible 2, which has been melted by the heater 1, rises to the upper end of the die 4 due to the capillary action of a thin tube made in the center of the die 4. A single crystal 6 having a shape defined by the outer shape of the upper end of the die 4 is manufactured by pulling up the melt that has wetted the upper end of the die 4.

その特徴は、ダイ4の濡れ性により融液5を毛細管現象
を利用して、ダイ4の上端部に導くところにある。
Its feature is that the wettability of the die 4 allows the melt 5 to be guided to the upper end of the die 4 by utilizing capillary action.

従って、一定の融液量を固液界面に安定して供給できる
利点を有しているが、融液材料とダイ材料との組合わせ
が限定される欠点がある。
Therefore, although it has the advantage of being able to stably supply a constant amount of melt to the solid-liquid interface, it has the disadvantage that the combinations of melt material and die material are limited.

更に、ルツボ2内の原料の融解を行うとともに、単結晶
を最適状態に成長させるためのダイ4の上端部の温度制
御を単一のヒータ1によって行なわざるを得ないという
欠点も有している。
Furthermore, it has the disadvantage that the single heater 1 must be used to melt the raw material in the crucible 2 and to control the temperature at the upper end of the die 4 in order to grow the single crystal in an optimal state. .

また、ステエファノフ法の原理は、第2図に示すように
、ヒータ1によって融解されたルツボ2内の融液5を、
融液5内の圧力を高めることによって、ダイ4aの中央
に作られている細管を通してダイ4aの上端部まで上昇
させ、ダイ4aの上端部の外形によって規定された形状
の単結晶6を製造するものである。
Furthermore, the principle of the Stepanoff method is as shown in FIG. 2, when the melt 5 in the crucible 2 melted by the heater 1 is
By increasing the pressure within the melt 5, it is raised to the upper end of the die 4a through a thin tube made in the center of the die 4a, producing a single crystal 6 having a shape defined by the outer shape of the upper end of the die 4a. It is something.

この場合、融液内の圧力を高めるため、ルツボ2内の融
液面はダイ4aより高くなっている。
In this case, in order to increase the pressure within the melt, the melt surface within the crucible 2 is higher than the die 4a.

その特徴は、ダイ4aの濡れ性は問題ではなく、ダイ材
料の選択は限定されないことである。
Its feature is that the wettability of the die 4a is not a problem and the choice of die material is not limited.

しかしながら、ダイ4aの上端部の温度制御を単一のヒ
ータ1によって行なわざるを得ない欠点を有している。
However, there is a drawback that the temperature control of the upper end of the die 4a must be performed by a single heater 1.

これら両者の共通の欠点、すなわち、ダイ4゜4aの上
端部の温度制御を単一ヒータ1で行う最大の欠点は、ヒ
ータ1の口径が大きいために、ダイ4,4aの上端部に
急峻な温度勾配をつけられない点である。
The common drawback of both of these, that is, the biggest drawback of using a single heater 1 to control the temperature at the upper end of the die 4, 4a is that because the diameter of the heater 1 is large, there is a The point is that it is not possible to create a temperature gradient.

単結晶の成長速度の上限は、融液と結晶との境界すなわ
ち固液界面での温度勾配および潜熱によって決まり、成
長速度を速めるには、固液界面での温度勾配を急峻にす
ることが不可欠である。
The upper limit of the growth rate of a single crystal is determined by the temperature gradient and latent heat at the boundary between the melt and the crystal, that is, the solid-liquid interface, and in order to increase the growth rate, it is essential to make the temperature gradient at the solid-liquid interface steep. It is.

しかし、FEG法、ステエファノフ法では、固液界面で
急峻な温度勾配をつけることは困難であり、速い成長は
望めない。
However, in the FEG method and the Stefanoff method, it is difficult to create a steep temperature gradient at the solid-liquid interface, and rapid growth cannot be expected.

本発明は、以上述べた従来技術の欠点を除去するため、
融解部と単結晶を成長させるダイとを互いに分離した配
置をとった状態でU字管により相互に結合させ、単結晶
の外径を規定するためのダイと固液界面に急峻な温度勾
配をつけるための第1のヒータと、融液量を一定に保ち
かつ連続成長を行なうための原料供給装置および第2の
ヒータを備えたことを特徴とする単結晶製造装置を提供
するものである。
The present invention eliminates the drawbacks of the prior art described above.
The melting section and the die for growing the single crystal are separated from each other and connected to each other by a U-shaped tube, creating a steep temperature gradient between the die and the solid-liquid interface to define the outer diameter of the single crystal. The present invention provides a single crystal manufacturing apparatus characterized in that it is equipped with a first heater for growing a single crystal, a raw material supply device and a second heater for keeping the amount of melt constant and performing continuous growth.

以下図面により、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第3図は、本発明の実施例であって、原料融解部2と、
単結晶の外形を規定するダイ4bと、融解部2とダイ4
bとを結ぶU字管8とによって構成される。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, in which the raw material melting section 2,
The die 4b that defines the outer shape of the single crystal, the melting part 2 and the die 4
It is constituted by a U-shaped tube 8 that connects the

7は供給用原料であって、融液面を後述の如く定められ
た一定の位置に保つように一定速度Vdでもって融液面
に向って下げられる。
Reference numeral 7 denotes a feed material, which is lowered toward the melt surface at a constant speed Vd so as to keep the melt surface at a predetermined constant position as described below.

1aは原料融解用の第1のヒータであり、ルツボ2内の
温度分布を変化できるように上下移動機構10が備って
いる。
Reference numeral 1a denotes a first heater for melting the raw material, and a vertical movement mechanism 10 is provided so that the temperature distribution within the crucible 2 can be changed.

16はU字管内の温度を融点以上に保つための第3のヒ
ータ、1cは、ダイ4bの温度制御を行うための第2の
ヒータである。
16 is a third heater for keeping the temperature inside the U-shaped tube above the melting point, and 1c is a second heater for controlling the temperature of the die 4b.

5は融液であり、融液面はダイ4bの上端面に対し高く
又は低く設定することができる。
5 is a melt, and the melt surface can be set higher or lower than the upper end surface of the die 4b.

6は成長した単結晶であり、Vpなる速度で引き上げら
れる。
6 is a grown single crystal, which is pulled at a speed of Vp.

9は固液界面での温度勾配を急峻にするための冷却機で
ある。
9 is a cooler for making the temperature gradient at the solid-liquid interface steeper.

本発明の装置を用いた単結晶の製造は、次のように行な
われる。
Production of a single crystal using the apparatus of the present invention is carried out as follows.

原料7は、融液面を一定にするように下げられ、ルツボ
2内においてヒータ1aによって融解される。
The raw material 7 is lowered to keep the melt level constant, and is melted in the crucible 2 by the heater 1a.

又、ヒータ1aには上下移動機構10が備っており、ヒ
ータ1aの融解部2に対する位置を上下することにより
融液面をダイ4bの上端に対し任意の高さに調整するこ
とができ、低ければEFGとなり、高ければステエファ
ノフ法と同じ構造になる。
The heater 1a is equipped with a vertical movement mechanism 10, and by moving the heater 1a up and down relative to the melting section 2, the melt surface can be adjusted to an arbitrary height relative to the upper end of the die 4b. If it is low, it will be EFG, and if it is high, it will have the same structure as the Stefanoff method.

融解された融液5はU字管8を通過し、冷却機9と第2
のヒータ1cよりなる温度調節手段によって極めて急峻
な温度勾配がつけられたダイ4bの先端に達し、単結晶
化される。
The melted liquid 5 passes through a U-shaped tube 8 and is connected to a cooler 9 and a second
It reaches the tip of the die 4b, where an extremely steep temperature gradient is formed by the temperature adjusting means consisting of the heater 1c, and is turned into a single crystal.

この場合、単結晶6の析出量と原料7の供給量とが一致
するように主としてVdとVpが調節される。
In this case, Vd and Vp are mainly adjusted so that the amount of single crystal 6 precipitated and the amount of raw material 7 supplied match.

なお、上下移動機構10は融液の位置調節機構として動
作するものであるが、この機構の代りに、第1のヒータ
1aを分割構造としてこれらを切換えて使用することに
より、同様の目的を達成することができる。
Note that the vertical movement mechanism 10 operates as a position adjustment mechanism for the melt, but the same purpose can be achieved by using the first heater 1a as a divided structure instead of this mechanism and switching between them. can do.

又、原料7の供給形態は第3図に示されているような固
形のものでなく、融液又は粉末の形態であってもよい。
Further, the feeding form of the raw material 7 is not in the solid form as shown in FIG. 3, but may be in the form of a melt or powder.

冷却機9としては、単結晶の通路を中空にしたヒートパ
イプの外周を冷気または他の媒体で冷却するもの、また
は、冷気を直接吹きつける強制空冷等が考えられる。
The cooler 9 may be one that cools the outer periphery of a heat pipe with a hollow single-crystal passageway using cold air or another medium, or a forced air cooler that directly blows cold air.

上下移動機構10としては、例えば歯車とチェーンの組
合せが考えられる。
As the vertical movement mechanism 10, for example, a combination of gears and a chain can be considered.

また、以上でU字管8の形は完全なU字形に限らず、他
の任意の湾曲形例えば円弧の一部でも良い。
Moreover, the shape of the U-shaped tube 8 is not limited to a complete U-shape, but may be any other curved shape, such as a part of a circular arc.

本発明の特長の1つは、結晶が成長する固液界面の温度
を原料融解用ヒータとは独立に口径の小さいダイ専用温
度制御用ヒータによって制御でき、さらに冷却機を用い
て固液界面に急峻な温度勾配をつけることが可能となり
、速い速度で結晶成長が行えることである。
One of the features of the present invention is that the temperature at the solid-liquid interface where crystals grow can be controlled independently of the raw material melting heater by a small-diameter dedicated temperature control heater for the die. This makes it possible to create a steep temperature gradient, allowing crystal growth to occur at a high rate.

本発明の特長の他の1つは、ダイ材料と融液との濡れ性
を考慮することなく、化学的反応性のみを考慮してダイ
材料を選択できることである。
Another feature of the present invention is that the die material can be selected by considering only the chemical reactivity without considering the wettability between the die material and the melt.

以上説明したように、本発明の単結晶製造装置は、融解
部とダイとを分離したため、その両者が熱的に分離され
固液界面で温度勾配が急峻になり、速い結晶成長が可能
となる。
As explained above, since the single crystal manufacturing apparatus of the present invention separates the melting section and the die, the two are thermally separated and the temperature gradient becomes steep at the solid-liquid interface, allowing for rapid crystal growth. .

さらに、融液面を上下することにより、EFG法又はス
テエファノフ法のいずれの方法をもとることができるた
め、ダイ材料の選択は自由になる。
Furthermore, by raising or lowering the melt surface, either the EFG method or the Stefanoff method can be used, so the die material can be freely selected.

従って、ハロゲン化物、カルコゲン化物、酸化物等の各
種の材料の外形制御された単結晶を製造するのに用いる
ことができる。
Therefore, it can be used to produce single crystals of various materials such as halides, chalcogenides, and oxides with controlled external shapes.

又、原料供給を連続的にすることにより、単結晶を連続
成長させることができる。
Furthermore, by continuously supplying raw materials, single crystals can be grown continuously.

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

第1図は従来のEFG法による単結晶製造装置の構造例
を示す縦断面略図、第2図は従来のステエファノフ法に
よる単結晶製造装置の構造例を示す縦断面略図、第3図
は本発明による単結晶製造装置の構造例を示す縦断面略
図である。 1・・・・・・加熱ヒータ、1a・・・・・・第1のヒ
ータ、1b・・・・・・第2のヒータ、1c・・・・・
・第3のヒータ、2・・・・・・ルツボ(融解部)、3
・・・・・・カバー、4゜4a 、 4b・・・・・・
ダイ、5・・・・・・原料融液、6・・・・・・成長結
晶、7・・・・・・原料、8・・・・・・U字管、9・
・・・・・冷却器、10・・・・・・上下移動機構。
FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view showing an example of the structure of a single crystal manufacturing apparatus using the conventional EFG method, FIG. 2 is a schematic longitudinal cross-sectional view showing an example of the structure of a single crystal manufacturing apparatus using the conventional Stefanoff method, and FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the structure of a single crystal manufacturing apparatus using the conventional Stefanoff method. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing a structural example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. 1... Heater, 1a... First heater, 1b... Second heater, 1c...
・Third heater, 2... Crucible (melting part), 3
・・・・・・Cover, 4゜4a, 4b・・・・・・
Die, 5... Raw material melt, 6... Growing crystal, 7... Raw material, 8... U-shaped tube, 9...
...Cooler, 10...Vertical movement mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 原材料の融液を保持する融解部と、該融解部に前記
原材料の融液を形成するために該融解部を加熱するため
の第1のヒータと、前記融解部内における融液面の位置
を調節するために前記ヒータの位置を制御する位置調節
機構と、前記融解部に一端が接続されて前記融液を導入
するための湾曲管と、該湾曲管を加熱する第2のヒータ
と、該湾曲管の他端に接続されて前記の導入された融液
から単結晶を連続的に引上成長させるダイと、前記の導
入された融液と前記単結晶との固液界面に急峻な温度勾
配をつけるために前記湾曲管の先端部を加熱する第3の
ヒータと引上成長された単結晶を冷却する冷却機を含む
温度調節手段とを備えた単結晶製造装置。
1 A melting section that holds a melt of the raw material, a first heater for heating the melting section to form a melt of the raw material in the melting section, and a position of the melt surface in the melting section. a position adjustment mechanism for controlling the position of the heater to adjust the position of the heater; a curved tube having one end connected to the melting section for introducing the melt; a second heater for heating the curved tube; a die connected to the other end of the curved tube to continuously pull up and grow a single crystal from the introduced melt; and a die having a steep temperature at the solid-liquid interface between the introduced melt and the single crystal. A single crystal manufacturing apparatus comprising a third heater that heats the tip of the curved tube to create a gradient, and a temperature control means that includes a cooler that cools the pulled-grown single crystal.
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