磁場印加単結晶引き上げ法における熱・物質移動現象の致明の研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452143
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 承生 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30199236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塚田 隆夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (10171969) ; 宝沢 光紀 東北大学, 反応化学研究所, 教授 (70005338) ; 岡野 泰則 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90204007) ; 干川 圭吾 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10231573)
• Keywords: 単結晶 / 引き上げ法 / 磁場印加 / 対流現象 / 熱移動

Research Abstract

1.融液内対流に及ぼす磁場の影響:
磁場印加時の融液表面の温度分布をサ-モビュア-により測定した。印加磁場強度の増大にともない、融液内の対流が抑制され、熱伝導が支配的となることが確認された。さらに磁場印加時の融液内対流現象を非接触にて観察する手法を開発した。本法を用い、磁場印加引き上げ法を模擬した実験を行った。るつぼ内でガリウムを溶融し横磁場中にて疑似結晶を融液に浸して回転させた。種々の強度の磁場を印加した際、融液中に生じる渦電流による誘起磁場を測定した。外見上常に融液流は静止しているよう見えるものの、印加結磁場強度の増大に伴い、誘起磁場はいったん増加し、次に減少した。即ち、印加磁場強度の増大にともない、融液流が抑制されていることが判明した。以上のことより表面流動観察等では観察しきれないほどの微少な流れが非接触にて測定し得ることが判った。
2.磁場印加による物質移動現象制御:
シリコン単結晶作成における酸素移動機構について明らかにするとともに、従来とは異なる磁場印加法であるカスプ磁界による酸素移動の制御を行った。本法によりシリコン結晶中における酸素濃度及び面内方向、軸方向の酸素分布の詳細な制御を可能とした。
3.強磁場印加単結晶作成装置の開発:
酸化物融液に磁場に印加した。酸化物融液は半導体や金属に比べ電気伝導度が小さいため、通常の磁場印加引き上げ法における印加磁場範囲(3000ガウス程度)ではその効果は認められなかった。しかし、従来より数十倍の磁場を印加することにより、磁場印加による対流抑制効果が得られれば、成長縞等の無い良質の酸化物結晶が作成できるとの観点より、数テスラの磁場が印加できる結晶作成装置を作成した。
これ以外にも、高周波誘導加熱による単結晶作成に関する、誘起磁場と炉内温度分布との関係を数値解析により明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.Kan,M.Sakamoto,Y.Okano,T.Fukuda,J Sato,T.Tsukada,H.Hozawa and N.Imaishi: "Characteristics of Thermal Field in LiNbO_3 Single Crystal Grown by the Czochralski Method" J.Crystal Growth.
• [Publications] M.Amano,K.Kumoyama,M.Kasuga,Y.Okano,H.Hoshkawa and T.Fukuda: "Remote Sensing of Induced Current in Conductor Moving in Magnetic Field" J.Crystal Growth.