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結晶育成方法紹介

 信光社の結晶育成技術として、以下の3つがあります。

  ・Verneuil(ヘ゛ルヌーイ)法
  ・Czochralski法(Cz法)
  ・TSMG法

 結晶はほとんどの場合、『作る・製造する』とは言わず、『成長させる・育成する』と言います。
 信光社では、時間をかけて子供を育てるように結晶を育成しています。


ベルヌーイ法〜Verneuil Method〜

 創業時より行っているのがベルヌーイ法で火焔溶融法ともいわれ、信光社結晶育成のコアになっています。ハンマーの衝撃で上部から原料を落下させて、酸水素炎中を通って溶融した原料が種結晶上に堆積することで結晶を成長させます。

 その時に結晶は一定速度で引き下げていて数時間から十数時間で円柱状の結晶が得られます。主にサファイア・ルチル・ STOがベルヌーイ法で育成した結晶です。

ベルヌーイ炉のしくみ ベルヌーイ法で育成した
サファイア結晶 
ベルヌーイ法の特徴としては、
長所
 ・るつぼを必要としないので高純度、低コスト
 ・高融点結晶が比較的容易に得られる
 ・育成速度が速く製造コストが安価
短所
 ・リネージなどの結晶欠陥が入りやすいこと
 ・大型化が難しい
などが挙げられます。
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チョクラルスキー法〜Czochralski Method〜

 チョクラルスキー法(以下、Cz法)は結晶育成で最もよく知られ・行われている手法です。Pt(白金)・Ir(イリジウム)などの貴金属るつぼ内で溶融させた融液表面に種結晶を接触させ、回転させながら引上げることで円柱状の結晶を成長させ ます。酸化物単結晶の場合には融点が高いので、IHヒーターと同じ原理で加熱します。

 主にNGO(NdGaO3:ネオジムガレート)やLAO(LaAlO3:ランタンアルミネート)がCz法で育成した結晶です。

Cz炉のしくみ Cz法で育成したLAO結晶
 Cz法で育成した結晶はベルヌーイ法で育成した結晶に比べて品質は良いですが、育成時間が長く、高価な部材を必要としま す。

 また、結晶の特性によってはCz法では育成できないもののベルヌーイ法なら育成できるという結晶もあり、その代表例が STO(SrTiO3:ストロンチウムチタネート)やルチル(TiO2:酸化チタン)です。
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TSMG法〜Top Seeded Melt Growth Method〜

 TSMG法はさらに高品質な結晶を得るための信光社オリジナル結晶育成技術です。Cz法と同じようにるつぼ内で溶融させた融液表面に種結晶を接触させ、その種結晶を起点にメルトの中で結晶を成長させます。
 このメルト中で成長させるところがCz法と大きく異なる点です。この方法で結晶を育成する場合も約1週間かかります。

 また、結晶育成法の一つにキロプロス法というのがあるのですが、Cz法とキロプロス法の「いいとこ取り」技術が信光社のTSMG法になります。

TSMG炉のしくみ TSMG法で育成した
サファイア結晶の加工品
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 それぞれの育成法は、全て長所と短所を持っていますが、どれも優れた信光社の単結晶育成技術です。これらの技術をさらに磨き、結晶製造にかけては日本一、世界一を目指しています。

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