融液内マランゴニ対流制御によるニオブ酸リチウム単結晶の高品質化

融液引き上げ法(CZ法)によるバルク単結晶育成時において、融液内対流を解明し、その制御手法を確立することにより、単結晶の品質・機能を十分に制御しうる極めて高度な単結晶育成技術の開発を行うことを究極の目的として、具体的には、多機能性光エレクトロニクス材料としての利用が強く期待されているニオブ酸リチウム(LiNbO_3:LN)単結晶の育成を行い、融液内対流現象と結晶品質との相関を明らかにすることを目標として、以下の実験的・解析的件きゅを行った。1.単結晶育成:結晶/るつぼ径、融液深さ、融液内・自由界面温度分布、不純物濃度分布等を種々変化させた実験条件下において、結晶回転、るつぼ回転、引き上げ速度等の操作因子を種々変化させ、様々な融液内対流状態においてLN単結晶の育成を行った。数値シミュレーション:融液内対流に及ぼす各種実験条件、操作因子の影響を明らかにするため、上記(1)の実験結果を考慮した数値シミュレーションを行った。3.育成単結晶評価評価および総括:育成したLN単結晶をシュリーレン法、EPMA、赤外吸収、顕微ラマン分光法等により品質評価し、解析結果との比較・検討により、以下の知見を得た。・LN単結晶育成時の融液内において、従来考えられていなかったマランゴニ対流が支配的であることを示した。・LN単結晶育成時において、結晶-融液界面形状が平坦となり、育成単結晶が高品質となる臨界点設定のための操作条件式を提出した。・LNのみならず、重要な光学材料であるGd_3Ga_5O_<12>,Bi_<12>SiO_<20>単結晶育成における操作条件式を提出した。

融液引き上げ法(CZ法)によるバルク単結晶育成時において、融液内対流を解明し、その制御手法を確立することにより、単結晶の品質・機能を十分に制御しうる極めて高度な単結晶育成技術の開発を行うことを究極の目的として、具体的には、多機能性光エレクトロニクス材料としての利用が強く期待されているニオブ酸リチウム(LiNbO_3:LN)単結晶の育成を行い、融液内対流現象と結晶品質との相関を明らかにすることを目標として、以下の実験的・解析的件きゅを行った。1.単結晶育成:結晶/るつぼ径、融液深さ、融液内・自由界面温度分布、不純物濃度分布等を種々変化させた実験条件下において、結晶回転、るつぼ回転、引き上げ速度等の操作因子を種々変化させ、様々な融液内対流状態においてLN単結晶の育成を行った。数値シミュレーション:融液内対流に及ぼす各種実験条件、操作因子の影響を明らかにするため、上記(1)の実験結果を考慮した数値シミュレーションを行った。3.育成単結晶評価評価および総括:育成したLN単結晶をシュリーレン法、EPMA、赤外吸収、顕微ラマン分光法等により品質評価し、解析結果との比較・検討により、以下の知見を得た。・LN単結晶育成時の融液内において、従来考えられていなかったマランゴニ対流が支配的であることを示した。・LN単結晶育成時において、結晶-融液界面形状が平坦となり、育成単結晶が高品質となる臨界点設定のための操作条件式を提出した。・LNのみならず、重要な光学材料であるGd_3Ga_5O_<12>,Bi_<12>SiO_<20>単結晶育成における操作条件式を提出した。