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CH646402A5 - Method for producing and garnet gadolinium gallium. - Google Patents

Method for producing and garnet gadolinium gallium. Download PDF

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Publication number
CH646402A5
CH646402A5 CH282380A CH282380A CH646402A5 CH 646402 A5 CH646402 A5 CH 646402A5 CH 282380 A CH282380 A CH 282380A CH 282380 A CH282380 A CH 282380A CH 646402 A5 CH646402 A5 CH 646402A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
iridium
crucible
bath
piriform
garnet
Prior art date
Application number
CH282380A
Other languages
French (fr)
Inventor
John Benson Jun Hassell
Original Assignee
Union Carbide Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of CH646402A5 publication Critical patent/CH646402A5/en

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
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    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides
    • C30B29/28Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets

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Description

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2 2

REVENDICATION CLAIM

Procédé de production de corps piriformes pratiquement parfaits de grenat non cristallin de gadolinium et de gallium, ayant une section transversale pratiquement circulaire, procédé comprenant les étapes suivantes: Process for producing practically perfect piriform bodies of non-crystalline garnet of gadolinium and gallium, having a practically circular cross-section, process comprising the following steps:

a) former un bain (9) par chauffage d'un mélange de Gd203 et de Ga203, dans un rapport molaire de 3:5, dans un creuset d'iridium (8) sur lequel est placé un élément de couverture d'iridium (16) comportant une ouverture circulaire (17) placée au-dessus de la surface du bain et dont les dimensions ne sont que faiblement supérieures à celles de la section transversale du corps piriforme (7) devant être produit; a) forming a bath (9) by heating a mixture of Gd203 and Ga203, in a molar ratio of 3: 5, in an iridium crucible (8) on which is placed an iridium covering element ( 16) comprising a circular opening (17) placed above the surface of the bath and whose dimensions are only slightly greater than those of the cross section of the piriform body (7) to be produced;

b) introduire dans le bain (9) un germe de cristallisation en tige (2') de grenat non cristallin de gadolinium et de gallium par ladite ouverture circulaire (17) du couvercle d'iridium (16); b) introducing into the bath (9) a seed crystallization seed (2 ') of non-crystalline garnet of gadolinium and gallium through said circular opening (17) of the iridium cover (16);

c) créer une atmosphère ambiante d'azote contenant de 0,5 à 3% en volume d'oxygène autour dudit creuset recouvert d'iridium; c) create an ambient atmosphere of nitrogen containing 0.5 to 3% by volume of oxygen around said crucible covered with iridium;

d) retirer le germe de cristallisation en tige du bain, de manière que le grenat de gadolinium et de gallium se solidifie et se cristallise sur ladite tige en formant un corps piriforme massif non cristallin (7, 25) pratiquement parfait, de longueur croissante, ayant une section pratiquement circulaire dont les dimensions ne sont que faiblement inférieures à celles de l'ouverture circulaire dudit élément de couverture d'iridium, ledit corps piriforme passant par ladite ouverture circulaire de cet élément de couverture, lors de l'augmentation de sa longueur, en renfermant pratiquement la surface du bain à l'intérieur du creuset d'iridium dans une chambre délimitée par les parois de ce creuset, l'élément de couverture d'iridium, la surface latérale circonférentielle du corps piriforme et la surface du bain, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à introduire un flux continu d'azote gazeux contenant de 0,5 à 3% en volume d'oxygène dans ladite chambre. d) removing the seed crystallization seed from the bath, so that the gadolinium and gallium garnet solidifies and crystallizes on said stem, forming a practically perfect massive non-crystalline piriform body (7, 25), of increasing length, having a practically circular section whose dimensions are only slightly smaller than those of the circular opening of said iridium covering element, said piriform body passing through said circular opening of this covering element, when its length increases , practically enclosing the surface of the bath inside the iridium crucible in a chamber delimited by the walls of this crucible, the iridium covering element, the circumferential lateral surface of the piriform body and the surface of the bath, process characterized in that it consists in introducing a continuous flow of nitrogen gas containing from 0.5 to 3% by volume of oxygen in said chamber.

L'invention se rapporte à un procédé de production d'un grenat massif de gadolinium et de gallium non cristallin. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de production d'un grenat de ce type à l'aide d'un oxyde en fusion placé dans un creuset d'iridium. The invention relates to a method for producing a massive garnet of gadolinium and non-crystalline gallium. The invention relates more particularly to a method for producing a garnet of this type using a molten oxide placed in an iridium crucible.

Le grenat de gadolinium et de gallium non cristallin est produit en masse, par la technique bien connue de Czochralski, par tirage d'un germe de cristallisation en tige sur un bain de Gd203 et de Ga203 à l'état fondu, dans un rapport molaire de 3:5. Le bain est placé très généralement dans un creuset d'iridium, car ce métal est considéré comme celui qui est le plus avantageux dans ce but, en raison de ses propriétés physiques et chimiques connues. Il est également connu de placer un élément de couverture, ou couvercle, d'iridium sur le creuset de ce même métal, ce creuset constituant un écran contre le rayonnement thermique. Le grenat de gadolinium et de gallium est produit sous la forme d'un corps piriforme allongé de section transversale circulaire, qui est ensuite scié en pastilles utilisées en substrats de composants électroniques, par exemple pour la croissance épitaxiale de pellicules fer/grenat. Il est très important que ces substrats, et donc le cristal dont ils sont formés, ne contiennent aucune impureté telle que des inclusions d'iridium. En effet, ces inclusions se propagent dans les couches épitaxiales formées sur les substrats cristallins, avec les effets néfastes bien connus. The garnet of gadolinium and non-crystalline gallium is produced in mass, by the well-known technique of Czochralski, by drawing a germ of crystallization in rod on a bath of Gd203 and Ga203 in the molten state, in a molar ratio 3: 5. The bath is generally placed in an iridium crucible, because this metal is considered to be the most advantageous for this purpose, because of its known physical and chemical properties. It is also known to place a cover element, or cover, of iridium on the crucible of this same metal, this crucible constituting a screen against thermal radiation. Gadolinium and gallium garnet is produced in the form of an elongated piriform body of circular cross section, which is then sawn into pellets used as substrates of electronic components, for example for the epitaxial growth of iron / garnet films. It is very important that these substrates, and therefore the crystal from which they are formed, contain no impurities such as iridium inclusions. Indeed, these inclusions propagate in the epitaxial layers formed on the crystalline substrates, with the well-known harmful effects.

Il a été observé que ces inclusions mentionnées d'iridium apparaissent avec une fréquence importante dans la partie inférieure des corps piriformes produits par croissance d'après le procédé Czochralski, c'est-à-dire dans la dernière partie du corps piriforme formé par croissance. It has been observed that these mentioned inclusions of iridium appear with a significant frequency in the lower part of the piriform bodies produced by growth according to the Czochralski process, that is to say in the last part of the piriform body formed by growth. .

L'invention a donc pour objet un procédé de production de corps piriformes de cristal massif non cristallin de gadolinium et de gallium qui ne contiennent pratiquement aucune inclusion d'iridium. The subject of the invention is therefore a process for producing piriform bodies of non-crystalline solid crystal of gadolinium and gallium which contain practically no inclusion of iridium.

Le procédé selon l'invention de production de corps piriformes virtuellement parfaits de grenat non cristallin de gadolinium et de gallium de section transversale pratiquement circulaire comprend les étapes suivantes, conformément à l'invention: The process according to the invention for producing virtually perfect piriform bodies of non-crystalline garnet of gadolinium and gallium of practically circular cross section comprises the following stages, in accordance with the invention:

a) la formation d'un bain par chauffage d'un mélange de Gd203 et de Ga203, dans un rapport molaire de 3:5, dans un creuset d'iridium sur lequel est placé un élément de couverture d'iridium qui comporte une ouverture circulaire placée au-dessus de la surface du bain et dont les dimensions ne sont que faiblement plus grandes que la section transversale du corps piriforme devant être produit, le bain étant à une température comprise dans une plage allant de 1700 à 1800°C; a) forming a bath by heating a mixture of Gd203 and Ga203, in a molar ratio of 3: 5, in an iridium crucible on which is placed an iridium covering element which has an opening circular placed above the surface of the bath and whose dimensions are only slightly larger than the cross section of the piriform body to be produced, the bath being at a temperature in a range from 1700 to 1800 ° C;

b) l'introduction dans le bain d'un germe de cristallisation en tige, formé d'un grenat non cristallin de gadolinium et de gallium, par ladite ouverture circulaire de l'élément de couverture d'iridium; b) the introduction into the bath of a seed crystallization germ, formed of a non-crystalline garnet of gadolinium and gallium, by said circular opening of the iridium covering element;

c) la création d'une atmosphère ambiante d'azote contenant de 0,5 à 3% en volume d'oxygène; c) the creation of an ambient atmosphere of nitrogen containing from 0.5 to 3% by volume of oxygen;

d) le retrait du germe de cristallisation en tige du bain, de manière que le grenat de gadolinium et de gallium se solidifie et se cristallise sur cette tige de manière à former un corps piriforme massif non cristallin dont la longueur augmente et dont la section transversale sensiblement circulaire est légèrement inférieure à l'ouverture circulaire dudit élément de couverture d'iridium, ledit corps piriforme passant par ladite ouverture circulaire de l'élément de couverture d'iridium au fur et à mesure de l'augmentation de la longueur dudit corps piriforme, de manière que la surface du bain placé dans le creuset d'iridium soit sensiblement enfermée dans une chambre délimitée par les parois du creuset, l'élément de couverture d'iridium et la surface circonférentielle dudit corps piriforme, d) the removal of the seed crystallization rod from the bath, so that the gadolinium and gallium garnet solidifies and crystallizes on this rod so as to form a massive non-crystalline piriform body whose length increases and whose cross section substantially circular is slightly less than the circular opening of said iridium covering member, said piriform body passing through said circular opening of the iridium covering member as the length of said piriform body increases , so that the surface of the bath placed in the iridium crucible is substantially enclosed in a chamber delimited by the walls of the crucible, the iridium covering element and the circumferential surface of said piriform body,

e) l'introduction d'un flux continu d'azote contenant de 0,5 à 3% en volume d'oxygène dans ladite chambre, à un débit suffisant à maintenir une atmosphère d'azote contenant de 0,5 à 3% en volume d'oxygène à l'intérieur de cette chambre. e) introducing a continuous flow of nitrogen containing 0.5 to 3% by volume of oxygen into said chamber, at a rate sufficient to maintain a nitrogen atmosphere containing from 0.5 to 3% by volume of oxygen inside this chamber.

Le perfectionnement apporté par la présente invention par rapport aux techniques antérieures de croissance à l'aide d'un creuset d'iridium et d'un couvercle également d'iridium réside dans le maintien continu d'une atmosphère d'azote et de 0,5 à 3%, de préférence de 2%, d'oxygène dans la zone située à l'intérieur du creuset et voisine de la surface du bain, de l'interface de la croissance du cristal et de la surface inférieure voisine du couvercle d'iridium, ainsi que de la surface intérieure du creuset d'iridium qui se trouve au-dessus du bain. The improvement brought by the present invention compared to the previous techniques of growth using an iridium crucible and a cover also of iridium resides in the continuous maintenance of an atmosphere of nitrogen and 0, 5 to 3%, preferably 2%, of oxygen in the zone located inside the crucible and close to the surface of the bath, the interface of crystal growth and the lower surface close to the lid d iridium, as well as the interior surface of the iridium crucible which is located above the bath.

L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which:

la fig. 1 est une coupe axiale schématique d'un appareil convenant à la mise en œuvre du procédé de l'invention; fig. 1 is a schematic axial section of an apparatus suitable for implementing the method of the invention;

la fig. 2 représente un corps piriforme non cristallin de section transversale sensiblement circulaire qui est produit par le procédé de l'invention; fig. 2 shows a non-crystalline piriform body of substantially circular cross section which is produced by the method of the invention;

la fig. 3a est une coupe axiale schématique du creuset de la fig. 1 avant le début de la croissance du cristal, et les fig. 3b et 3c sont une coupe axiale schématique et une coupe transversale schématique de ce creuset pendant la croissance du cristal. fig. 3a is a schematic axial section of the crucible of FIG. 1 before the start of crystal growth, and figs. 3b and 3c are a schematic axial section and a schematic cross section of this crucible during the growth of the crystal.

La fig. 1 représente une enceinte 1 qui enveloppe un appareil de tirage d'un cristal et l'atmosphère gazeuse ambiante. Un bain 9 de Gd203 et de Ga203, dans un rapport molaire de 3:5, est placé à l'intérieur de l'enceinte 1 dans un creuset 8 d'iridium. Un couvercle 16 d'iridium, comportant une ouverture centrale circulaire 17, repose sur le sommet du creuset 8, sa surface inférieure formant un écran contre les rayonnements, de manière bien connue dans la technique, afin de réduire les pertes thermiques du bain 9. L'ouverture circulaire centrale 17 est calculée de manière à avoir une section transversale qui n'est que faiblement supérieure à la section transversale du corps piriforme devant être produit, représenté en 25 sur la fig. 2. Les côtés et le fond du creuset 8 sont entourés d'une isolation 15. Cette isolation, qui consiste de préférence en zircone, est destinée à réduire l'énergie nécessaire à maintenir le bain 9, à réduire Fig. 1 represents an enclosure 1 which envelops a device for drawing a crystal and the ambient gaseous atmosphere. A bath 9 of Gd203 and Ga203, in a molar ratio of 3: 5, is placed inside the enclosure 1 in a crucible 8 of iridium. A cover 16 of iridium, comprising a circular central opening 17, rests on the top of the crucible 8, its lower surface forming a screen against radiation, in a manner well known in the art, in order to reduce the heat losses from the bath 9. The central circular opening 17 is calculated so as to have a cross section which is only slightly greater than the cross section of the piriform body to be produced, represented at 25 in FIG. 2. The sides and bottom of the crucible 8 are surrounded by insulation 15. This insulation, which preferably consists of zirconia, is intended to reduce the energy required to maintain the bath 9, to reduce

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

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les gradients de température le long du creuset et à atténuer les fluctuations de température provenant des fluctuations de la tension du réseau, le refroidissement par convection par l'atmosphère, ainsi que d'autres perturbations. Un tube 11 forme un passage par lequel la température du fond du creuset 8 peut être déterminée, par exemple à l'aide d'un pyromètre à radiation concentré sur le centre de ce fond. temperature gradients along the crucible and mitigate temperature fluctuations from fluctuations in the grid voltage, convection cooling by the atmosphere, as well as other disturbances. A tube 11 forms a passage through which the temperature of the bottom of the crucible 8 can be determined, for example using a radiation pyrometer concentrated on the center of this bottom.

Une rondelle de céramique 4, par exemple d'alumine, est supportée par un tube 5, de préférence de zircone. La rondelle 4 constitue un second écran contre le rayonnement et restreint les courants de convection de l'atmosphère, en les empêchant d'entrer dans le sommet du creuset et d'atteindre le cristal 7 en cours de croissance. Elle est donc destinée à réduire les gradients verticaux de température au voisinage du cristal en cours de croissance, et à améliorer les effets produits par le couvercle 16. A ceramic washer 4, for example of alumina, is supported by a tube 5, preferably of zirconia. The washer 4 constitutes a second screen against radiation and restricts the convection currents of the atmosphere, preventing them from entering the top of the crucible and reaching the crystal 7 in the process of growth. It is therefore intended to reduce the vertical temperature gradients in the vicinity of the crystal being grown, and to improve the effects produced by the cover 16.

Un manchon 6, par exemple de silice, est destiné à retenir l'isolation 15 et fait partie de l'ensemble de l'isolation entourant le creuset 8. Le tube 5 de support de la rondelle 4 fait aussi partie de l'ensemble de l'isolation. A sleeve 6, for example of silica, is intended to retain the insulation 15 and is part of the assembly of insulation surrounding the crucible 8. The tube 5 for supporting the washer 4 is also part of the assembly of insulation.

Le creuset 8 et l'ensemble de l'isolation qui l'entoure reposent sur un socle de céramique 12, par exemple de zircone (Zr02). L'ensemble de l'appareillage est enfermé dans une cloche 3 scellée sur une plaque d'assise 13. Celle-ci est en matériau convenable, par exemple en fibre de verre liée par une silicone. La majeure partie de l'atmosphère gazeuse ambiante que doit contenir la cloche 3, c'est-à-dire l'atmosphère gazeuse qui ne réagit pas avec le bain se trouvant dans le creuset, par exemple de l'azote mélangé avec 0,5 à 3%, de préférence 2%, en volume d'oxygène, est introduite à flux continu dans un tube de regard 14 qui communique avec le tube 11. Le gaz introduit dans la cloche 3 sort par le trou 18 de cette dernière, trou par lequel le germe de cristallisation en tige est introduit. La tige 2, par exemple d'alumine, comprend une partie 2' qui constitue le germe formé d'un cristal de gadolinium et de gallium non cristallin et dont l'axe de symétrie longitudinale 20 est commun avec l'axe 30 de croissance du cristal 7, l'orientation de la substance non cristalline du germe 2' étant prédéterminée et étant fonction de l'utilisation industrielle à laquelle le grenat est destiné. La préparation d'un germe de cristallisation en tige de ce type est une question de routine, cette tige assurant la production d'une substance non cristalline massive. The crucible 8 and all of the insulation which surrounds it rest on a ceramic base 12, for example of zirconia (Zr02). The whole apparatus is enclosed in a bell 3 sealed on a seat plate 13. The latter is made of a suitable material, for example fiberglass bonded by a silicone. The major part of the ambient gas atmosphere which the bell 3 must contain, that is to say the gaseous atmosphere which does not react with the bath being in the crucible, for example nitrogen mixed with 0, 5 to 3%, preferably 2%, by volume of oxygen, is introduced in a continuous flow into a manhole tube 14 which communicates with the tube 11. The gas introduced into the bell 3 exits through the hole 18 of the latter, hole through which the seed crystallization seed is introduced. The rod 2, for example of alumina, comprises a part 2 ′ which constitutes the germ formed by a crystal of gadolinium and non-crystalline gallium and whose longitudinal axis of symmetry 20 is common with the axis 30 of growth of the crystal 7, the orientation of the non-crystalline substance of the seed 2 'being predetermined and being a function of the industrial use for which the garnet is intended. The preparation of a seed crystallization seed of this type is a matter of routine, this stem ensuring the production of a massive non-crystalline substance.

La température du bain est maintenue dans l'appareil décrit ci-dessus dans une plage comprise entre 1700 et 1800°C, et une masse non cristalline est tirée du bain de manière qu'elle ait une section transversale circulaire et une longueur croissante, par exemple de 150 à 450 mm, et un diamètre d'environ 75 mm, cette masse étant produite par des procédés connus dans cette technique et décrits, par exemple, dans le brevet des E.U.A. N° 3715194. Le corps piriforme non cristallin résultant est représenté en 25 sur la fig. 2, sa section transversale étant uniforme et pratiquement circulaire. The temperature of the bath is maintained in the apparatus described above in a range between 1700 and 1800 ° C, and a non-crystalline mass is drawn from the bath so that it has a circular cross section and an increasing length, by example 150 to 450 mm, and a diameter of about 75 mm, this mass being produced by methods known in this technique and described, for example, in the US patent No. 3715194. The resulting non-crystalline piriform body is shown at 25 in FIG. 2, its cross section being uniform and practically circular.

La fig. 3a illustre le creuset d'iridium 8, le couvercle d'iridium 16, le bain 9 et le germe de cristallisation en tige 7 tels que représentés sur la fig. 1 à la position précédant le tirage du cristal. A ce moment, l'atmosphère gazeuse se trouvant à l'intérieur du creuset d'iridium 8, au-dessus du bain 9, est sensiblement la même que l'atmosphère ambiante que doit contenir la cloche 1 et qui est introduite par le tube 11 de la fig. 1. La fig. 3b illustre la disposition de la fig. 3a après le début de la croissance du cristal, la longueur du corps piriforme 25 en cours de production ayant augmenté de telle sorte que ce corps passe par l'ouverture 17 du couvercle d'iridium 16. A ce stade des opérations, qui demeure jusqu'à ce que le corps piriforme ait été produit à la longueur voulue, par exemple de 150 à 450 mm, une chambre 35 est formée et délimitée par la surface inférieure du couvercle d'iridium 17, la surface intérieure 36 du creuset d'iridium 8 et la surface circonférentielle du corps piriforme 25, ainsi que la surface du bain. Cette chambre renferme pratiquement la surface du bain 9, et l'atmosphère ambiante régnant dans la chambre 35 est celle à laquelle le bain 9, l'interface 40 de croissance du cristal et les surfaces voisines d'iridium sont exposées. Il a été découvert dans le cadre de l'invention que, dans les conditions représentées sur la fig. 3b et régnant pendant la plus grande partie du tirage du cristal, l'oxygène de l'atmosphère ambiante que renferme la chambre 35 s'épuise progressivement, s'il n'est pas remplacé, par rapport à l'atmosphère ambiante régnant dans la cloche 3, car le seul passage possible pour l'atmosphère ambiante souhaitée et régnant dans la cloche 3 est celui qui est délimité par le petit passage 17' compris entre les côtés du corps piriforme 25 et l'ouverture du couvercle 16, ce faible passage ne permettant ni le réapprovisionnement complet ni l'homogénéisation de l'atmosphère dans la chambre 35. En d'autres termes, l'atmosphère régnant dans cette chambre est pratiquement isolée de l'atmosphère ambiante que renferme la cloche 3. L'appauvrissement progressif en oxygène dans la chambre 35 (s'il n'est pas compensé), et donc à la surface du bain et à l'interface de croissance 40, provoque une augmentation de la présence d'inclusions d'iridium dans le corps piriforme, avec pour conséquence que la dernière partie de ce corps réalisée par croissance et indiquée en 50 sur la fig. 2, c'est-à-dire celle dont l'interface de croissance a subi les effets les plus forts de l'appauvrissement en oxygène, contient un grand nombre d'inclusions d'iridium, par exemple 100 par centimètre cube, qu'il est souhaitable d'éviter. Les inclusions, qui sont bien connues dans cette technique, consistent en petites plaquettes métalliques individuelles ou en particules de 1 à 20 um de diamètre. Conformément à l'invention, cet effet néfaste est évité par introduction dans la chambre 35 d'un flux continu d'azote contenant de 0,5 à 3%, de préférence 2%, en volume d'oxygène, par exemple par un tube d'iridium 47 qui, dans l'exemple représenté de réalisation, communique avec la chambre 35 à travers le couvercle d'iridium 16. Le débit du gaz passant par le tube 47 et pénétrant dans la chambre 35 est tel que l'atmosphère gazeuse ambiante souhaitée et se trouvant dans la cloche 3 soit maintenue dans la chambre 35 au-dessus de la surface du bain et à l'interface de croissance 40 pendant la totalité du processus de tirage du cristal. Il en résulte que la présence d'inclusions néfastes d'iridium dans le corps piriforme 25 est pratiquement évitée. Le flux gazeux de réapprovisionnement est introduit de préférence, de la manière représentée sur le dessin, par un trou du couvercle d'iridium 16 qui est proche de la surface latérale du creuset, de manière que ce gaz remplisse pratiquement en continu la chambre 35 de manière à garantir la présence de la pression ambiante souhaitée dans cette chambre. D'autres dispositions permettant d'introduire le flux de réapprovisionnement dans la chambre 35 peuvent être utilisées, cette atmosphère pouvant être par exemple introduite à travers la cloison latérale du creuset de manière à garantir le même rem-plissge. Fig. 3a illustrates the iridium crucible 8, the iridium cover 16, the bath 9 and the seed crystallization seed 7 as shown in FIG. 1 at the position preceding the drawing of the crystal. At this time, the gaseous atmosphere inside the iridium crucible 8, above the bath 9, is substantially the same as the ambient atmosphere which the bell 1 must contain and which is introduced by the tube. 11 of fig. 1. Fig. 3b illustrates the arrangement of FIG. 3a after the start of crystal growth, the length of the piriform body 25 during production having increased so that this body passes through the opening 17 of the iridium cover 16. At this stage of operations, which remains until 'that the piriform body has been produced to the desired length, for example from 150 to 450 mm, a chamber 35 is formed and delimited by the lower surface of the iridium cover 17, the internal surface 36 of the iridium crucible 8 and the circumferential surface of the piriform body 25, as well as the surface of the bath. This chamber contains practically the surface of the bath 9, and the ambient atmosphere prevailing in the chamber 35 is that to which the bath 9, the crystal growth interface 40 and the neighboring surfaces of iridium are exposed. It has been discovered in the context of the invention that, under the conditions shown in FIG. 3b and prevailing during most of the crystal drawing, the oxygen of the ambient atmosphere contained in the chamber 35 gradually depletes, if it is not replaced, compared to the ambient atmosphere prevailing in the bell 3, because the only possible passage for the desired ambient atmosphere and prevailing in the bell 3 is that which is delimited by the small passage 17 'included between the sides of the piriform body 25 and the opening of the cover 16, this weak passage allowing neither the complete replenishment nor the homogenization of the atmosphere in the chamber 35. In other words, the atmosphere prevailing in this chamber is practically isolated from the ambient atmosphere contained in the bell 3. The progressive impoverishment oxygen in the chamber 35 (if it is not compensated), and therefore on the surface of the bath and at the growth interface 40, causes an increase in the presence of iridium inclusions in the piriform body, with the consequence that the last part of this body produced by growth and indicated at 50 in fig. 2, that is to say the one whose growth interface has undergone the strongest effects of oxygen depletion, contains a large number of iridium inclusions, for example 100 per cubic centimeter, which it is desirable to avoid. The inclusions, which are well known in this technique, consist of small individual metal plates or particles from 1 to 20 µm in diameter. According to the invention, this harmful effect is avoided by introducing into chamber 35 a continuous flow of nitrogen containing from 0.5 to 3%, preferably 2%, by volume of oxygen, for example by a tube. of iridium 47 which, in the example shown, communicates with the chamber 35 through the cover of iridium 16. The flow of gas passing through the tube 47 and entering the chamber 35 is such that the gaseous atmosphere ambient temperature and located in the bell 3 is maintained in the chamber 35 above the surface of the bath and at the growth interface 40 during the entire process of drawing the crystal. As a result, the presence of harmful iridium inclusions in the piriform body 25 is practically avoided. The replenishing gas flow is preferably introduced, as shown in the drawing, through a hole in the iridium cover 16 which is close to the lateral surface of the crucible, so that this gas fills the chamber 35 with practically continuous so as to guarantee the presence of the desired ambient pressure in this chamber. Other arrangements making it possible to introduce the replenishment flow into the chamber 35 can be used, this atmosphere being able for example to be introduced through the lateral partition of the crucible so as to guarantee the same filling.

Le débit du flux gazeux qui convient peut se déterminer facilement pour l'appareil particulier qui est concerné. Par exemple, en connaissant le volume de la chambre 35, Vc, par des mesures ou par le calcul, un débit qui convient peut être par exemple égal à 0,2 à 15 Vc/min. Donc, en admettant que le volume de la chambre Vc est égal à 1 dm3, une plage de débit gazeux qui convient est comprise entre 0,2 et 15 1/min. Il est possible d'utiliser des débits supérieurs, à condition que la surface du bain n'en soit pas perturbée. Le volume de la chambre Vc augmentant nécessairement lors de l'abaissement du niveau du bain dans le creuset pendant la croissance du cristal, il faut en tenir compte en adoptant le débit du gaz. Les exemples qui suivent sont destinés à bien faire comprendre l'invention, mais ne sauraient en aucun cas la limiter. The proper gas flow rate can be easily determined for the particular device involved. For example, by knowing the volume of the chamber 35, Vc, by measurement or by calculation, a suitable flow rate can for example be equal to 0.2 to 15 Vc / min. Therefore, assuming that the volume of the chamber Vc is equal to 1 dm3, a suitable gas flow range is between 0.2 and 15 l / min. It is possible to use higher flow rates, provided that the surface of the bath is not disturbed. The volume of the chamber Vc necessarily increasing during the lowering of the level of the bath in the crucible during the growth of the crystal, it must be taken into account when adopting the flow rate of the gas. The examples which follow are intended to give a good understanding of the invention, but cannot in any way limit it.

Exemple 1: Example 1:

Environ 11500 g de Gd203 et de Ga203, dans un rapport molaire de 3:5 (3,02:4,98), ont été placés dans un creuset d'iridium ayant un diamètre intérieur de 135 mm, une paroi d'une épaisseur de 2,5 mm et une hauteur de 145 mm. Un couvercle d'iridium ayant 140 mm de diamètre, une épaisseur de 2,5 mm et un trou central circulaire de 89 mm a été placé sur le sommet du creuset d'iridium. Ce creuset a été placé à l'intérieur d'une bobine de chauffage à induction huit spires ayant un diamètre intérieur de 190 mm. Le creuset était placé sur un socle contenant des granulés tassés de zircone, et l'espace compris entre la bobine et le creuset était aussi rempli de About 11,500 g of Gd203 and Ga203, in a molar ratio of 3: 5 (3.02: 4.98), were placed in an iridium crucible with an inside diameter of 135 mm, a wall with a thickness 2.5 mm and a height of 145 mm. An iridium cover 140 mm in diameter, 2.5 mm thick and a circular central hole of 89 mm was placed on the top of the iridium crucible. This crucible was placed inside an eight-coil induction heating coil having an internal diameter of 190 mm. The crucible was placed on a base containing packed granules of zirconia, and the space between the coil and the crucible was also filled with

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10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

646402 646402

4 4

granulés de zircone. L'ensemble de l'appareil a été enfermé dans une cloche d'aluminium (de 785 dm3) comportant une ouverture.au sommet. Une atmosphère d'azote contenant environ 2% en volume d'oxygène a été placée à l'intérieur de la cloche par une admission placée sous le creuset et à distance de ce dernier. Le débit gazeux était de 1,12 m3 /h. Un tube d'iridium (de 6,25 mm de diamètre intérieur) placé à 25 mm de la paroi latérale du creuset communiquait avec l'intérieur de ce dernier à travers le couvercle. Dans cet exemple, aucun flux gazeux ne passait par le tube d'iridium. La bobine de chauffage à induction était alimentée en énergie par un groupe connu de chauffage à induction à haute fréquence, et la puissance a été augmentée jusqu'à ce que le courant introduit dans le creuset d'iridium le chauffe à blanc. La chaleur provenant du creuset d'iridium a formé par conduction un bain à l'intérieur de ce creuset. La hauteur de la paroi du creuset au-dessus du bain était à cet instant d'environ 12,5 mm. Un germe de cristallisation formé d'une tige de grenat non cristallin de gadolinium et de gallium de 9,5 mm de diamètre (ayant une orientation < 111 >) a été descendu par l'ouverture du couvercle d'iridium et mis en contact avec la surface du bain. Le germe a été ensuite retiré du bain à une vitesse d'environ 7,25 mm/h pendant 30 h. La hauteur de la paroi du creuset au-dessus du bain à la fin de la croissance était de 115 mm. Un corps piriforme de 230 mm de longueur et de 81 mm de diamètre, de section transversale circulaire, a été produit et contenait de nombreuses inclusions d'iridium (au moins 100 par centimètre cube) dans le fond, c'est-à-dire dans le dernier tiers formé du corps piriforme. zirconia granules. The entire device was enclosed in an aluminum bell (785 dm3) with an opening at the top. A nitrogen atmosphere containing about 2% by volume of oxygen was placed inside the bell by an inlet placed under the crucible and at a distance from the latter. The gas flow rate was 1.12 m3 / h. An iridium tube (6.25 mm inside diameter) placed 25 mm from the side wall of the crucible communicated with the inside of the crucible through the cover. In this example, no gas flow passed through the iridium tube. The induction heating coil was supplied with energy by a known group of high frequency induction heating, and the power was increased until the current introduced into the iridium crucible heated it to white. The heat coming from the iridium crucible formed by conduction a bath inside this crucible. The height of the wall of the crucible above the bath was at this time about 12.5 mm. A seed crystal formed of a non-crystalline garnet stem of gadolinium and gallium of 9.5 mm in diameter (having an orientation <111>) was lowered by the opening of the cover of iridium and brought into contact with the surface of the bath. The germ was then removed from the bath at a rate of about 7.25 mm / hr for 30 hr. The height of the wall of the crucible above the bath at the end of the growth was 115 mm. A piriform body 230 mm long and 81 mm in diameter, of circular cross section, was produced and contained numerous iridium inclusions (at least 100 per cubic centimeter) at the bottom, i.e. in the last third of the piriform body.

5 5

Exemple 2: Example 2:

Les mêmes opérations que celles de l'exemple 1 ont été pratiquement effectuées, sauf que de l'azote contenant 2% d'oxygène en volume a été introduit à jet continu par le tube d'iridium dans le creuset à un débit de 0,28 m3 /h. Un corps piriforme d'un diamètre de 80 mm et d'environ 200 mm de longueur a été produit et contenait peu d'inclusions d'iridium (pas plus de 5 par centimètre cube) sur toute sa longueur. The same operations as those of Example 1 were practically carried out, except that nitrogen containing 2% oxygen by volume was introduced by continuous jet through the iridium tube into the crucible at a flow rate of 0, 28 m3 / h. A piriform body with a diameter of 80 mm and about 200 mm in length was produced and contained few iridium inclusions (no more than 5 per cubic centimeter) over its entire length.

15 15

Exemple 3: Example 3:

Le même processus que celui de l'exemple 1 a été pratiquement suivi, sauf que de l'azote contenant 2% en volume d'oxygène a été introduit en continu par le tube d'iridium dans le creuset à un débit The same process as that of Example 1 was practically followed, except that nitrogen containing 2% by volume of oxygen was introduced continuously by the iridium tube into the crucible at a rate

20 de 0,056 m3/h. Un corps piriforme de 80 mm de diamètre et d'environ 200 mm de longueur a été produit et contenait peu d'inclusions d'iridium (pas plus de 5 par centimètre cube) sur toute sa longueur. 20 of 0.056 m3 / h. A piriform body 80 mm in diameter and approximately 200 mm in length was produced and contained few iridium inclusions (no more than 5 per cubic centimeter) over its entire length.

R R

2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

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