CZ法単結晶作成におけるTwisting

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引き上げ(CZ)法にてバルク単結晶を作成する際発生する、Twisting(結晶の曲がり)現象に関し、成長環境相である融液及び結晶内の対流、熱移動現象に関し、構成原子である酸素の挙動の観点より研究を行い以下の結果を得た。(1)結晶成長特性に及ぼす結晶内酸素欠損の影響;Twisting現象に及ぼす結晶内酸素欠損の影響を調べるために、LiTaO_3(LT)単結晶を窒素雰囲気中及び酸素を0.3vol%含む窒素雰囲気中で作成した。酸素欠損の少ない結晶は黄色みがかった透明で、固液界面は融液側に凸の長尺結晶が作成可能であった。これに対し、窒素中で作成した結晶は酸素欠損のため黒色を呈し、固液界面は結晶側に凸となり、作成中の融液から切り離れ、長尺結晶の育成は困難であった。以上のことより僅か0.3vol%の酸素の有無が結晶の着色及び結晶内の熱移動像象、ひいては結晶成長特性に影響を及ぼすことが判明した。(2)融液内対流現象に及ぼす酸素の影響;上記(1)と同様窒素雰囲気中と0.3vol%の酸素を含む窒素雰囲気中でLT融液内対流の様子を観察した。雰囲気中に酸素を含まない場合には、融液表面にスポークパターンと呼ばれる対流を反映した縞模様が鮮明に観察され、融液内の温度振動も激しかった。これに対し雰囲気中に酸素を混入させると、スポークパターンが不鮮明となり、融液内の温度振動が減少した。この原因としては酸素導入にともなう融液の無色化、融液表面張力の局所変化にともなうマランゴニ対流の増大、融液粘性の増大等が考えられるが、今後のさらなる研究が必要である。