JP2720927B2 - Ｙｂ５０単結晶体の製造方法 - Google Patents
Ｙｂ５０単結晶体の製造方法Info
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- JP2720927B2 JP2720927B2 JP7278368A JP27836895A JP2720927B2 JP 2720927 B2 JP2720927 B2 JP 2720927B2 JP 7278368 A JP7278368 A JP 7278368A JP 27836895 A JP27836895 A JP 27836895A JP 2720927 B2 JP2720927 B2 JP 2720927B2
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Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】この発明は、ＹＢ50（五十ホ
ウ化イットリウム）の単結晶体の製造方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、分光素子、熱電
素子等として有用なＹＢ50の単結晶体の製造方法に関す
るものである。
ウ化イットリウム）の単結晶体の製造方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、分光素子、熱電
素子等として有用なＹＢ50の単結晶体の製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】ＹＢ50は１７００℃で溶融す
ることなく分解してしまうため、ＹＢ50単結晶体を融液
から製造することは困難であるとされている。そこで、
従来より、ＹＢ50単結晶体の製造法としては、ホウ化コ
バルト、ホウ化ニッケル等の融剤にＹＢ50を溶解し、一
定温度に暫く保ち、徐冷固化させた後、濃塩酸により融
剤であるホウ化コバルト、ホウ化ニッケル等を溶解除去
するフラックス法が用いられてきた。
ることなく分解してしまうため、ＹＢ50単結晶体を融液
から製造することは困難であるとされている。そこで、
従来より、ＹＢ50単結晶体の製造法としては、ホウ化コ
バルト、ホウ化ニッケル等の融剤にＹＢ50を溶解し、一
定温度に暫く保ち、徐冷固化させた後、濃塩酸により融
剤であるホウ化コバルト、ホウ化ニッケル等を溶解除去
するフラックス法が用いられてきた。
【０００３】しかしながら、この従来の方法では、一般
に数ｍｍ程度の小さな結晶しか得ることができず、しか
もこのフラックス法においては、融剤の成分であるコバ
ルト、ニッケル等が不純物として多量に結晶体中に取り
込まれる等の問題点があった。この発明は、以上通りの
事情を鑑みてなされたものであり、従来法の欠点を解消
し、ＹＢ50の安定温度領域を高め、フローティングゾー
ン法によって、融液から結晶を析出して育成することに
より、大型のＹＢ50単結晶体を製造することのできる、
新しい方法を提供することを目的としている。
に数ｍｍ程度の小さな結晶しか得ることができず、しか
もこのフラックス法においては、融剤の成分であるコバ
ルト、ニッケル等が不純物として多量に結晶体中に取り
込まれる等の問題点があった。この発明は、以上通りの
事情を鑑みてなされたものであり、従来法の欠点を解消
し、ＹＢ50の安定温度領域を高め、フローティングゾー
ン法によって、融液から結晶を析出して育成することに
より、大型のＹＢ50単結晶体を製造することのできる、
新しい方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、ＹＢ50の多結晶棒の一部分を加
熱して溶融帯を形成し、この溶融帯を移動させてＹＢ50
の単結晶体を製造するフローティングゾーン法による単
結晶体の製造方法において、溶融帯の組成がＹＢ50の固
相と平衡共存が可能なイットリウム、ボロンおよびシリ
コンからなる液相組成とすることで、大型の結晶体を育
成することを特徴とするＹＢ50の単結晶体の製造方法を
提供する。
を解決するものとして、ＹＢ50の多結晶棒の一部分を加
熱して溶融帯を形成し、この溶融帯を移動させてＹＢ50
の単結晶体を製造するフローティングゾーン法による単
結晶体の製造方法において、溶融帯の組成がＹＢ50の固
相と平衡共存が可能なイットリウム、ボロンおよびシリ
コンからなる液相組成とすることで、大型の結晶体を育
成することを特徴とするＹＢ50の単結晶体の製造方法を
提供する。
【０００５】この発明においては、上記の通り、フロー
ティングゾーン法によって、溶融帯の組成をＹＢ50の固
相と平衡共存するイットリウム（Ｙ）、ボロン（Ｂ）、
シリコン（Ｓｉ）からなる液相組成にすることによっ
て、大型の結晶体を育成する。このようなこの発明の方
法は、以下の通りの経緯で完成されたものである。すな
わち、まず、ＹＢ50は１７００℃まで安定に存在する
が、その温度を越えると固相のまま分解し、安定には存
在しえない。一方、ＹＢ50に近い組成を有する液相にお
いて融点が最も低いものとしては、その組成がおおよそ
〔Ｂ〕／〔Ｙ〕＝４０であり、融解温度は約２０００℃
である。したがって、ＹＢ50がイットリウムとボロンの
みからなる液相と平衡共存することはあり得ない。これ
はＹＢ50をフローティングゾーン法のような溶融法を用
いてその結晶体を製造することは不可能であることを示
している。
ティングゾーン法によって、溶融帯の組成をＹＢ50の固
相と平衡共存するイットリウム（Ｙ）、ボロン（Ｂ）、
シリコン（Ｓｉ）からなる液相組成にすることによっ
て、大型の結晶体を育成する。このようなこの発明の方
法は、以下の通りの経緯で完成されたものである。すな
わち、まず、ＹＢ50は１７００℃まで安定に存在する
が、その温度を越えると固相のまま分解し、安定には存
在しえない。一方、ＹＢ50に近い組成を有する液相にお
いて融点が最も低いものとしては、その組成がおおよそ
〔Ｂ〕／〔Ｙ〕＝４０であり、融解温度は約２０００℃
である。したがって、ＹＢ50がイットリウムとボロンの
みからなる液相と平衡共存することはあり得ない。これ
はＹＢ50をフローティングゾーン法のような溶融法を用
いてその結晶体を製造することは不可能であることを示
している。
【０００６】そこで、この発明の発明者らは、この問題
点を解決すべく、さらに研究を行った結果、ＹＢ50に第
３の元素を添加することで、その安定存在温度領域を高
めるとともに、融液の温度を下げ、両者の平衡共存が可
能であることを究明した。これは、タングステンカーバ
イド結晶体の製造において、ボロンの添加によって同様
の条件を満たし、結晶体の製造を可能にした手法を参考
にしたものである。
点を解決すべく、さらに研究を行った結果、ＹＢ50に第
３の元素を添加することで、その安定存在温度領域を高
めるとともに、融液の温度を下げ、両者の平衡共存が可
能であることを究明した。これは、タングステンカーバ
イド結晶体の製造において、ボロンの添加によって同様
の条件を満たし、結晶体の製造を可能にした手法を参考
にしたものである。
【０００７】まず理論的考察として、ＹＢ50の結晶構造
におけるボロンの格子構造が基本的にホウ化炭素、ホウ
化ケイ素と類似しており、これらの化合物が分解するこ
となく融解し、化合物と融液は平衡共存できることか
ら、ＹＢ50への炭素またはケイ素の添加が先に予測した
ような効果を与えることが期待された。そこで、適当量
の炭素またはシリコンを添加したＹＢ50をアークメルト
法により融解し、その生成物を粉末Ｘ線回折法で分析し
た。この方法では試料全量を融解し、急冷したその生成
物を調べることになることから、ＹＢ50が安定化され、
分解することなく融液と平衡共存できるとき初めて生成
物として検出されることになる。その結果、炭素の添加
はＹＢ50の分解を引き起こし、ＹＢ4 とＢ4 Ｃが生成さ
れただけであったが、シリコンの添加は期待したように
ＹＢ50相の生成を示した。これらの結果から、シリコン
の添加がＹＢ50相を安定化させ、融液との平衡共存を可
能にする効果があることが判明した。これを基にＹＢ50
にシリコンを添加した組成の多結晶原料棒を作成し、フ
ローティングゾーン法による融帯通過を行ったところ、
ゾーンパス初期段階にＹＢ50結晶体の生成を認め、フロ
ーティングゾーン法によりＹＢ50単結晶体の製造が可能
なことを確認した。
におけるボロンの格子構造が基本的にホウ化炭素、ホウ
化ケイ素と類似しており、これらの化合物が分解するこ
となく融解し、化合物と融液は平衡共存できることか
ら、ＹＢ50への炭素またはケイ素の添加が先に予測した
ような効果を与えることが期待された。そこで、適当量
の炭素またはシリコンを添加したＹＢ50をアークメルト
法により融解し、その生成物を粉末Ｘ線回折法で分析し
た。この方法では試料全量を融解し、急冷したその生成
物を調べることになることから、ＹＢ50が安定化され、
分解することなく融液と平衡共存できるとき初めて生成
物として検出されることになる。その結果、炭素の添加
はＹＢ50の分解を引き起こし、ＹＢ4 とＢ4 Ｃが生成さ
れただけであったが、シリコンの添加は期待したように
ＹＢ50相の生成を示した。これらの結果から、シリコン
の添加がＹＢ50相を安定化させ、融液との平衡共存を可
能にする効果があることが判明した。これを基にＹＢ50
にシリコンを添加した組成の多結晶原料棒を作成し、フ
ローティングゾーン法による融帯通過を行ったところ、
ゾーンパス初期段階にＹＢ50結晶体の生成を認め、フロ
ーティングゾーン法によりＹＢ50単結晶体の製造が可能
なことを確認した。
【０００８】
【発明の実施の形態】以上の通りのことから、この発明
においては、ＹＢ50を安定化させるためシリコン（Ｓ
ｉ）を加えて、フローティングゾーン法によってＹＢ50
単結晶体を製造する。この場合、ＹＢ50単結晶の育成の
ための溶融帯の組成を、ＹＢ50の固相と平衡共存する
Ｙ、ＢおよびＳｉからなる液相組成とする。この液相組
成のモル比は、Ｙ：Ｂ：Ｓｉが、１：（２５〜５５）：
（０．５〜１０）、より好ましくは、１：（３５〜５
５）：（２〜７）とする。
においては、ＹＢ50を安定化させるためシリコン（Ｓ
ｉ）を加えて、フローティングゾーン法によってＹＢ50
単結晶体を製造する。この場合、ＹＢ50単結晶の育成の
ための溶融帯の組成を、ＹＢ50の固相と平衡共存する
Ｙ、ＢおよびＳｉからなる液相組成とする。この液相組
成のモル比は、Ｙ：Ｂ：Ｓｉが、１：（２５〜５５）：
（０．５〜１０）、より好ましくは、１：（３５〜５
５）：（２〜７）とする。
【０００９】このような液相組成は、原料の多結晶棒の
組成を予めＹ，ＢおよびＳｉの比として制御しておくこ
とで所定のものとすることができる。すなわち、たとえ
ば、ＹＢ50Ｓｉx （ｘ＝１〜５）の組成とする。融帯と
なる部分に原料チップとして、この範囲の組成のものを
配置してもよい。育成にあたっては溶融帯の組成が変化
するとＹＢ50相の成長ができず、代わりにＹＢ66相が成
長するか、もしくはＹＢ50相と共にシリコンの析出も起
こるようなことが起こるので、原料棒の直径を一定に
し、一定の割合で溶融帯に供給し、育成中常に溶融帯の
体積が一定に保たれることで組成が変化しないようにす
ることが望ましい。
組成を予めＹ，ＢおよびＳｉの比として制御しておくこ
とで所定のものとすることができる。すなわち、たとえ
ば、ＹＢ50Ｓｉx （ｘ＝１〜５）の組成とする。融帯と
なる部分に原料チップとして、この範囲の組成のものを
配置してもよい。育成にあたっては溶融帯の組成が変化
するとＹＢ50相の成長ができず、代わりにＹＢ66相が成
長するか、もしくはＹＢ50相と共にシリコンの析出も起
こるようなことが起こるので、原料棒の直径を一定に
し、一定の割合で溶融帯に供給し、育成中常に溶融帯の
体積が一定に保たれることで組成が変化しないようにす
ることが望ましい。
【００１０】なお、育成されたＹＢ50単結晶では、シリ
コンはホウ素を一部置換し、ＹＢ50の結晶構造を保った
まま、ＹＢ50構造の骨格をなすホウ素格子の中に入って
いることが考えられる。しかし、たとえシリコンが含ま
れていても基本的にはＹＢ50であることに相違はない。
なぜならば、このシリコンの含まれる濃度は低く、しか
もホウ素とシリコンとの価電子との差はわずかに１個に
すぎず、純粋なＹＢ50と性質は相違ないと言ってよいか
らである。
コンはホウ素を一部置換し、ＹＢ50の結晶構造を保った
まま、ＹＢ50構造の骨格をなすホウ素格子の中に入って
いることが考えられる。しかし、たとえシリコンが含ま
れていても基本的にはＹＢ50であることに相違はない。
なぜならば、このシリコンの含まれる濃度は低く、しか
もホウ素とシリコンとの価電子との差はわずかに１個に
すぎず、純粋なＹＢ50と性質は相違ないと言ってよいか
らである。
【００１１】そしてまた、フローティングゾーン法とし
て従来より知られている手法や装置手段がこの発明の方
法においても適宜に採用される。以下、実施例を示して
さらに詳しくＹＢ50単結晶体の製造方法について説明す
る。
て従来より知られている手法や装置手段がこの発明の方
法においても適宜に採用される。以下、実施例を示して
さらに詳しくＹＢ50単結晶体の製造方法について説明す
る。
【００１２】
【実施例】ＹＢ50Ｓｉ1.5 なる組成の多結晶原料棒を用
い、融帯となる部分にはＹＢ50Ｓｉ3 なる組成の原料チ
ップを用いた。そして、種結晶にはＹＢ66を用いた。す
なわち、通常のフローティングゾーン法の配置、すなわ
ち、下方結晶育成軸にＹＢ66種結晶を配置し、その頂部
にＹＢ50Ｓｉ3 チップを乗せ、一方上方原料供給軸にＹ
Ｂ50Ｓｉ1.5 多結晶原料棒を配置した。結晶合成炉はキ
セノンランプ集光加熱炉を用いた。
い、融帯となる部分にはＹＢ50Ｓｉ3 なる組成の原料チ
ップを用いた。そして、種結晶にはＹＢ66を用いた。す
なわち、通常のフローティングゾーン法の配置、すなわ
ち、下方結晶育成軸にＹＢ66種結晶を配置し、その頂部
にＹＢ50Ｓｉ3 チップを乗せ、一方上方原料供給軸にＹ
Ｂ50Ｓｉ1.5 多結晶原料棒を配置した。結晶合成炉はキ
セノンランプ集光加熱炉を用いた。
【００１３】まず融帯を生成するためにＹＢ50Ｓｉ3 チ
ップを融解し、これに上方よりＹＢ50Ｓｉ1.5 原料棒を
接触させ、融帯を生成した。その後、上下軸を相互に反
対方向に３０ｒｐｍで回転させながら、育成速度１５ｍ
ｍ／ｈで融帯を下方に移動させ単結晶の育成を行った。
育成した結晶は、直径約６ｍｍ、長さ約３０ｍｍであっ
た。融帯通過後に得られた棒を切断し、その切断面の顕
微鏡観察および粉砕後、粉末Ｘ線回折測定を行った。図
１は、育成したＹＢ50単結晶の断面顕微鏡写真を示した
ものである。周辺部に多少方位の異なる結晶粒もある
が、ほぼ全体が単結晶になっていることがわかる。そし
てこの写真から明らかなように異なる相の出現は認めら
れず、ＹＢ50単一相であることがわかる。
ップを融解し、これに上方よりＹＢ50Ｓｉ1.5 原料棒を
接触させ、融帯を生成した。その後、上下軸を相互に反
対方向に３０ｒｐｍで回転させながら、育成速度１５ｍ
ｍ／ｈで融帯を下方に移動させ単結晶の育成を行った。
育成した結晶は、直径約６ｍｍ、長さ約３０ｍｍであっ
た。融帯通過後に得られた棒を切断し、その切断面の顕
微鏡観察および粉砕後、粉末Ｘ線回折測定を行った。図
１は、育成したＹＢ50単結晶の断面顕微鏡写真を示した
ものである。周辺部に多少方位の異なる結晶粒もある
が、ほぼ全体が単結晶になっていることがわかる。そし
てこの写真から明らかなように異なる相の出現は認めら
れず、ＹＢ50単一相であることがわかる。
【００１４】また図２は、Ｘ線回折結果を示したもの
で、ここに観測されている全てのピークはＹＢ50からの
回折線として同定できる。すなわちＹＢ50相が育成され
たことを示すと同時に異相の出現はない。このようにい
ずれの測定においても生成物はＹＢ50の単一相であるこ
とを示した。また化学分析を行った結果、結晶体の組成
はＹＢ47.5Ｓｉ1.2 であり、余剰の化合をしていないシ
リコンは観察されなかった。これからシリコンはホウ素
格子に組み込まれていることが明らかになり、結晶体の
なかに介在物として存在するのではないことが明らかに
なった。
で、ここに観測されている全てのピークはＹＢ50からの
回折線として同定できる。すなわちＹＢ50相が育成され
たことを示すと同時に異相の出現はない。このようにい
ずれの測定においても生成物はＹＢ50の単一相であるこ
とを示した。また化学分析を行った結果、結晶体の組成
はＹＢ47.5Ｓｉ1.2 であり、余剰の化合をしていないシ
リコンは観察されなかった。これからシリコンはホウ素
格子に組み込まれていることが明らかになり、結晶体の
なかに介在物として存在するのではないことが明らかに
なった。
【００１５】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、従来フローティングゾーン法では不可能とされて
いたＹＢ50の単結晶体の育成を可能にし、良質、大型の
単結晶体を極めて容易に製造できる優れた効果を有す
る。
おり、従来フローティングゾーン法では不可能とされて
いたＹＢ50の単結晶体の育成を可能にし、良質、大型の
単結晶体を極めて容易に製造できる優れた効果を有す
る。
【図１】育成されたＹＢ50単結晶の断面を示した図面に
代わる顕微鏡写真である。
代わる顕微鏡写真である。
【図２】育成されたＹＢ50単結晶のＸ線回折パターンを
示した図である。
示した図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＹＢ50多結晶棒の一部分を加熱して溶融
帯を形成し、この溶融帯を移動させてＹＢ50の単結晶体
を製造するフローティングゾーン法による単結晶体の製
造方法において、溶融帯の組成をＹＢ50の固相と平衡共
存するイットリウム、ボロンおよびシリコンからなる液
相組成とすることで、大型の結晶体を育成することを特
徴とするＹＢ50単結晶体の製造方法。 - 【請求項２】 イットリウム、ボロンおよびシリコンか
らなる液相組成がモル比で、Ｙ：Ｂ：Ｓｉ＝１：（２５
〜５５）：（０．５〜１０）である請求項１の製造方
法。 - 【請求項３】 ＹＢ50多結晶棒の組成比として、イット
リウムに対するボロン及びシリコンの割合を予め調整す
る請求項１または２のＹＢ50単結晶体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7278368A JP2720927B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | Ｙｂ５０単結晶体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7278368A JP2720927B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | Ｙｂ５０単結晶体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09100198A JPH09100198A (ja) | 1997-04-15 |
| JP2720927B2 true JP2720927B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=17596373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7278368A Expired - Lifetime JP2720927B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | Ｙｂ５０単結晶体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720927B2 (ja) |
-
1995
- 1995-10-02 JP JP7278368A patent/JP2720927B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 第３９回人工結晶討論会講演要旨集，１９９４年９月３０日，１Ａ０１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09100198A (ja) | 1997-04-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |