微量不純物による結晶成長速度の低下-速度 モデルの提案とその実験的検討-

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結晶成長速度に対する微量不純物の影響は、理論的には結晶成長の基本に関わる問題として興味ある問題である。また、工学的には結晶形状の制御に直接関わる問題として、興味を持たれている。そのような理由から従来から多くの研究がなされてきた。しかしながら、不明の部分が多い。例えば、微量不純物の効果は溶液の過飽和度、温度、不純物濃度によって著しく変わるがその変わり方を従来理論的に説明出来なかった。この問題は、工学的に結晶形状の制御を考える場合、先ず第1に知らなくてはならない問題であるにも関わらず、理解できていないのである。本研究では、先ず当研究室で平成5年度提案された不純物効果を説明する理論(N.Kubota and J.W.Mullin,Journal of Crystal Growth,149(1995)113-119)を再検討し、実験的に検証した。この理論によれば、不純物効果(純粋系に対する速度低下の比率)は過飽和度および絶対温度の逆数に比例して増大し、不純物濃度の増加に対して(低濃度では比例して)増加する。実験は、当初の計画では硫酸カリウム結晶について行う予定であったが、フタル酸水素カリウム結晶を用いて行った。不純物は当初の計画通りクロム(III)である。実験においては、不純物効果に対する過飽和度の影響および不純物濃度の影響を調べたが、その結果は理論的予測と全く一致した。さらに、過飽和度および温度の影響は、結局溶液と結晶のケミカルポテンシャル差に帰着することを指摘した。なお、クロム(III)の存在によって結晶成長が抑制されるどころか、(過飽和にも関わらず)結晶が溶ける場合があることを実験的に示した。この現象も不純物効果として興味ある問題である。今後は、結晶形状制御への応用を目的に、工学的立場から、不純物効果の検討を続けたい。