(57)【要約】【課題】処理作業の簡便化が図れると共に結晶内部にクラック発生のない強誘電体結晶の単一分域化方法を提供する。【解決手段】引上げ法で育成された強誘電体結晶インゴット１に対し引上げ形状のまま単一分域化処理する方法であって、強誘電体結晶の粉末２が敷き詰められた白金製箱形電極５内に上記インゴットを収容し、該箱形電極の底面側に位置したインゴット収容面（ボトム面）と対向する側のインゴット結晶肩部表面にペースト４を介し白金電極３を設置し、上記箱形電極と白金電極間に直流電圧を印加してインゴットの単一分域化処理を行うと共に、上記ペーストが、粒径２９０μｍ以下の強誘電体結晶の粉末を７６〜８８質量％、でんぷん粉末を６〜１２質量％、純水を６〜１２質量％の比率で混合した組成物で構成されていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
引上げ法で育成された強誘電体結晶インゴットに対して、引上げ形状のまま単一分域化処理する強誘電体結晶の単一分域化方法において、
強誘電体結晶の粉末が敷き詰められた白金製の箱形電極内に強誘電体結晶インゴットを収容し、該箱形電極の底面側に位置した強誘電体結晶インゴット収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴット表面にペーストを介し白金電極を設置し、かつ、上記箱形電極と白金電極間に直流電圧を印加して強誘電体結晶インゴットの単一分域化処理を行うと共に、上記ペーストが、粒径２９０μｍ以下の強誘電体結晶の粉末を７６〜８８質量％、でんぷん粉末を６〜１２質量％、純水を６〜１２質量％の比率で混合した組成物で構成されていることを特徴とする強誘電体結晶の単一分域化方法。
【請求項２】
１２８°ＲＹ方向へ引上げて育成したニオブ酸リチウム単結晶により上記強誘電体結晶インゴットが構成されると共に、強誘電体結晶インゴットのボトム側を上記強誘電体結晶インゴット収容面とし、かつ、該強誘電体結晶インゴット収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴットの結晶肩部表面にペーストを介し白金電極を設置したことを特徴とする請求項１に記載の強誘電体結晶の単一分域化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオブ酸リチウム結晶、タンタル酸リチウム結晶等強誘電体結晶の単一分域化方法に係り、特に、引上げ法で育成された強誘電体結晶インゴットに対し引上げ形状のまま単一分域化処理する方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム結晶（以下、ＬＮと略記する場合がある）やタンタル酸リチウム結晶（以下、ＬＴと略記する場合がある）等の強誘電体結晶を育成する方法として、以下のチョクラルスキー法が広く利用されている。すなわち、この方法は、ＬＮ等の結晶原料が充填されたるつぼを高周波誘導加熱炉や抵抗加熱炉で加熱して結晶原料を融液状態とし、かつ、所望とする方位の種結晶を上記融液面に接触させた後、温度勾配のついた炉内において上記種結晶を引き上げて強誘電体結晶を育成する手法である。尚、特に記さない限り、本明細書でいう結晶は単結晶を意味する。
【０００３】
ところで、チョクラルスキー法（引き上げ法）で育成された引き上げた状態の強誘電体結晶は、内部の分域構造が多分域化されており、各種圧電素子として使用するためには所定の方向へ単一分域化する必要がある。そして、強誘電体結晶の単一分域化処理は、図１に示す方法で一般的に行われることが特許文献１に記載されている。すなわち、図１に示すように引き上げた強誘電体結晶インゴット１を強誘電体結晶の粉末２内に埋没させ、かつ、埋没された強誘電体結晶インゴット１を１対の白金電極３で挟むと共に、電気炉内において強誘電体結晶のキュリー温度以上に加熱する。次いで、キュリー温度を若干超えたところで該温度を保持し、かつ、上記白金電極３間に直流電圧を印加して、例えば、図１に示す＋Ｚ軸方向へ電界を作用させながら徐冷し、然る後、電界を取り除くことで単一分域化された強誘電体結晶を得ることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された方法で単一分域化処理を行うためには、強誘電体結晶インゴットを収納できる十分な大きさの耐熱容器と強誘電体結晶インゴットを完全に埋没できる量の強誘電体結晶の粉末が必要となる。更に、単一分域化処理に要する準備作業が煩雑なこともあり、実際に作業する上で単一分域化処理作業の簡略化が課題となっている。
【０００５】
他方、図１に示した上記処理法とは異なる手法として、図２に示す単一分域化処理法も知られている。この単一分域化処理法では、引き上げ法で育成された強誘電体結晶インゴットの上部（結晶肩部）側と底部（ボトム）側を単一分域化処理がなされる前に予め切断し、かつ、切断加工された強誘電体結晶１００の各切断面に強誘電体結晶の粉末と増粘剤を混練して調製したペースト４を用いて白金電極３を取り付けた後、これ等白金電極３間に直流電圧を印加して単一分域化処理を行うものである（特許文献２参照）。この処理法においては、上記耐熱容器や大量の強誘電体結晶の粉末を必要とせず、かつ、強誘電体結晶の埋没作業も省略されるため単一分域化処理作業の簡略化が可能となる。
【０００６】
しかし、図２に示した単一分域化処理法では、単一分域化処理がなされる前に強誘電体結晶インゴットの切断加工が必要となり、切断加工に伴う熱歪みや分極歪みによるクラック発生が起こり易い問題があり、前者の処理法と同様、解決すべき課題が存在した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−８５８９７号公報（図２参照）
【特許文献２】特開昭５８−４５１９４号公報（図１、２頁左上欄２行目以降参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、処理作業の簡便化が図れると共に、結晶内部にクラックを発生させることのない強誘電体結晶の単一分域化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記課題を解決するため本発明者が鋭意研究を継続したところ、引上げ法で育成された強誘電体結晶インゴットに対し、事前に切断加工を行うことなく引上げ形状のまま単一分域化処理する方法を見出すに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
引上げ法で育成された強誘電体結晶インゴットに対して、引上げ形状のまま単一分域化処理する強誘電体結晶の単一分域化方法において、
強誘電体結晶の粉末が敷き詰められた白金製の箱形電極内に強誘電体結晶インゴットを収容し、該箱形電極の底面側に位置した強誘電体結晶インゴット収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴット表面にペーストを介し白金電極を設置し、かつ、上記箱形電極と白金電極間に直流電圧を印加して強誘電体結晶インゴットの単一分域化処理を行うと共に、上記ペーストが、粒径２９０μｍ以下の強誘電体結晶の粉末を７６〜８８質量％、でんぷん粉末を６〜１２質量％、純水を６〜１２質量％の比率で混合した組成物で構成されていることを特徴とし、
また、第２の発明は、
第１の発明に記載の強誘電体結晶の単一分域化方法において、
１２８°ＲＹ方向へ引上げて育成したニオブ酸リチウム単結晶により上記強誘電体結晶インゴットが構成されると共に、強誘電体結晶インゴットのボトム側を上記強誘電体結晶インゴット収容面とし、かつ、該強誘電体結晶インゴット収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴットの結晶肩部表面にペーストを介し白金電極を設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る強誘電体結晶の単一分域化方法によれば、
単一分域化処理に要する準備作業が、強誘電体結晶の粉末を敷き詰めた白金製の箱形電極内に強誘電体結晶インゴットを収容する作業と、箱形電極の底面側に位置した強誘電体結晶インゴット収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴット表面にペーストを介し白金電極を設置する作業とで構成され、特許文献１に記載された煩雑な作業（強誘電体結晶の粉末内へ強誘電体結晶インゴットを埋没させる作業）を要しないため作業の簡便化が図れ、かつ、特許文献２における強誘電体結晶インゴットの切断加工も必要としないため結晶内部のクラック発生を回避することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る強誘電体結晶の単一分域化方法によれば、
強誘電体結晶インゴットとこの表面に設置される白金電極との間に介在するペーストが、粒径２９０μｍ以下の強誘電体結晶の粉末を７６〜８８質量％、でんぷん粉末を６〜１２質量％、純水を６〜１２質量％の比率で混合した組成物で構成されるため、白金電極と強誘電体結晶インゴットとの密着性が良好になって導通性が改善されることから効率的な単一分域化処理が可能で、かつ、白金による強誘電体結晶インゴットの汚染も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献１の図２に開示された従来法に係る強誘電体結晶の単一分域化方法の概略説明図。
【図２】特許文献２の図１に開示された従来法に係る強誘電体結晶の単一分域化方法の概略説明図。
【図３】本発明に係る強誘電体結晶の単一分域化方法の概略説明図。
【図４】強誘電体結晶であるＬＴやＬＮ結晶インゴットの方位を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る強誘電体結晶の単一分域化方法は、図３に示すように強誘電体結晶の粉末２が敷き詰められた白金製の箱形電極５内に強誘電体結晶インゴット１を収容し、該箱形電極５の底面側に位置した強誘電体結晶インゴット１収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴット１表面にペースト４を介し白金電極３を設置し、かつ、キュリー温度以上に加熱した後、箱形電極５と白金電極３間に直流電圧を印加して、所望とする分極方向（図３では＋Ｚ軸方向）へ電界を作用させながら徐冷し、然る後、電界を取り除くことにより強誘電体結晶インゴット１の単一分域化処理を行うものである。
【００１６】
尚、箱形電極５内に敷き詰められる粉末２は強誘電体結晶の粉末で構成され、好ましくは、単一分域化処理が施される強誘電体結晶インゴット１と同種の強誘電体結晶の粉末で構成するとよい。
【００１７】
また、上記ペースト４は、強誘電体結晶インゴット１表面に塗布され易い粘度を持ったペーストであることが好ましく、具体的には、粒径２９０μｍ以下の強誘電体結晶の粉末を７６〜８８質量％、でんぷん粉末を６〜１２質量％、純水を６〜１２質量％の比率で混合した組成物で構成されることを要する。上記強誘電体結晶粉末の粒径が２９０μｍを超えた場合、加熱したペースト４にクラックが入り易くなるため、導通が妨げられる可能性を生ずる。また、ペースト４の増粘剤としては、安価でかつ入手し易いでんぷん水溶液が適用される。
【００１８】
ところで、上記強誘電体結晶とは強誘電性を示す酸化物結晶を意味し、上述したようにニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）等が例示される。
【００１９】
以下、１２８°ＲＹ方向へ引き上げて育成したＬＮ結晶インゴットの単一分域化方法について、上記図３を用いて具体的に説明する。
【００２０】
まず、強誘電体結晶（ＬＮ結晶）の粉末２が敷き詰められた白金製の箱形電極５内に強誘電体結晶インゴット（ＬＮ結晶インゴット）１を収容し、かつ、図３に示すように強誘電体結晶インゴット１のボトム側を強誘電体結晶インゴット１収容面とすると共に、強誘電体結晶インゴット１収容面と対向する側の強誘電体結晶インゴット１の結晶肩部表面に、ＬＮ粉末を用いて調製したペースト（ＬＮペースト）４を介して白金電極３を設置し、電気炉内にて１１９０℃まで加熱する。加熱温度は強誘電体結晶の種類により異なるが、一致溶融組成のＬＮ結晶の場合、そのキュリー温度はおおよそ１，１４０℃であるため、上記１１９０℃は十分な温度と考えられる。
【００２１】
また、上記箱形電極５と白金電極３間に直流電圧を印加して強誘電体結晶インゴット（ＬＮ結晶インゴット）１に作用させる電界に関しては、これまでの経験からＬＮ結晶内の電流密度にしておよそ３ｍＡ／ｃｍ2程度あればよい。また、所望とする分極方向へ電界を作用させるには、強誘電体結晶インゴット１表面に設置される白金電極３の上記箱形電極５に対する勾配の角度や対向する面積等を適宜調整すればよい。
【００２２】
ところで、図４は、強誘電体結晶であるＬＴやＬＮ結晶インゴットの方位を示す説明図であり、図４中、結晶１０は３３°〜４６°ＲＹ方向へ引き上げて育成されたＬＴ結晶インゴットを示し、結晶１１は１２８°ＲＹ方向へ引き上げて育成されたＬＮ結晶インゴットをそれぞれ示している。尚、結晶のａ軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する軸をＹ軸と一般的に呼んでいる（図４の符号Ｘ、Ｙ、Ｚで示す各軸参照）。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明に係る技術的範囲は下記実施例の内容に何ら限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１］
（ＬＮ結晶インゴットの育成）
内径１６０ｍｍ、深さ１６０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの白金るつぼ内に、一致溶融組成のＬＮ結晶原料を内容積に対する充填率が８０％となるように投入した。次いで、育成炉内における白金るつぼ上方の温度勾配が１−２℃／ｃｍとなるように断熱材を適宜組み合わせて調節した。また、上記断熱材の外側には、高周波誘導コイルを構成する銅製の水冷パイプコイルを設置し、高周波電流を流すことで上記白金るつぼを誘導加熱した。
【００２５】
そして、白金るつぼ内に充填したＬＮ結晶原料を融解させ、この原料融液が結晶育成に適した温度となるように調節した後、１２８°ＲＹ方位へ切り出した７ｍｍ角のＬＮ種結晶を原料融液面に接触させ、２０ｒｐｍの速度で種結晶を回転させながら３ｍｍ／ｈの速度で引き上げた。そして、上記高周波電流、種結晶の回転速度と引上げ速度を制御しながら、直径がおよそ１５０ｍｍφ、長さがおよそ９０ｍｍのＬＮ結晶インゴットを引き上げた。
【００２６】
次いで、引き上げたＬＮ結晶インゴットはおよそ１２時間かけて冷却し、育成炉から取り出した後、結晶内残留歪みを取り除くため１，１９０℃、４０時間かけて熱処理を行った。
【００２７】
更に、ＬＮ結晶インゴットの熱処理後、ＬＮ結晶インゴット表面に塗布するペースト（ＬＮペースト）が塗り易くなるようにＬＮ結晶インゴットの結晶肩部（ＬＮ種結晶が種付けされた部分を中心におよそ３０ｍｍφ）を卓上研磨機で研削した。
【００２８】
（単一分域化処理）
続いて、ＬＮ結晶基板を細かく粉砕して予め調製した強誘電体結晶の粉末２が敷き詰められた寸法３７０ｍｍ×２７０ｍｍ×３０ｍｍで白金製の箱形電極５内にＬＮ結晶インゴット１のボトム側を下方にして収容し、かつ、箱形電極５の底面側に位置した上記ＬＮ結晶インゴット１収容面（ボトム面）と対向する側のＬＮ結晶インゴット１の結晶肩部表面にペースト（ＬＮペースト）４を介し白金電極３を設置した。
【００２９】
尚、ペースト（ＬＮペースト）４が塗布されるＬＮ結晶インゴット１結晶肩部の領域は、図３に示すＬＮ種結晶が種付けされた上記部位を中心とした中心部から＋Ｙ方位に向けてＬＮ結晶インゴット１の外周部までの範囲である。また、ペースト（ＬＮペースト）４は、粒径を２７０±１０μｍとしたＬＮ結晶粉４５０ｇ（８１．８質量％）とでんぷん粉末５０ｇ（９．１質量％）および純水５０ｇ（９．１質量％）を混合して調製されている。
【００３０】
ＬＮ結晶インゴット１が収容された上記白金製の箱形電極５を電気炉内にセットし、１．１６℃／ｍｉｎの速度で１，１８０℃まで加熱して１時間保持した後、白金電極３と箱形電極５間に直流電圧を印加し、３００ｍＡの直流電流を流した。
【００３１】
そして、直流電流を１．５時間流した後、電流値を徐々に下げながら１．１６℃／ｍｉｎの速度で徐冷を開始した。電気炉内の温度が９５０℃以下となったところで通電を止め、そのまま室温まで冷却し、単一分域化処理を終了した。
【００３２】
取り出した後のＬＮ結晶インゴット１にクラックの発生は確認されなかった。
【００３３】
［比較例１］
単一分域化処理の際に適用したペースト（ＬＮペースト）におけるＬＮ結晶粉の粒径が４００μｍである点を除き実施例１と同様にしてＬＮ結晶インゴットの単一分域化処理を行った。
【００３４】
しかし、単一分域化処理が完了したペースト（ＬＮペースト）にクラックが発生しており、単一分域化処理が正常に行われたことを確認することはできなかった。
【００３５】
［比較例２］
単一分域化処理の際に適用したペースト（ＬＮペースト）における配合比が、結晶粉末８１．８質量％、でんぷん粉末が５．５質量％、純水１２．７質量％（ＬＮ結晶粉４５０ｇとでんぷん粉末３０ｇおよび純水７０ｇ）である点を除き実施例１と同様にしてＬＮ結晶インゴットの単一分域化処理を行った。
【００３６】
しかし、ペースト（ＬＮペースト）の粘性が低下してＬＮ結晶インゴット１の結晶肩部表面にペースト（ＬＮペースト）を均一に塗布できなくなり、単一分域化処理が正常に行われたことを確認することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る強誘電体結晶の単一分域化方法によれば、処理作業の簡便化が図れると共に結晶内部のクラック発生も回避できるため、引き上げ法で育成されたニオブ酸リチウム結晶やタンタル酸リチウム結晶等の単一分域化処理に利用される産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００３８】
１  強誘電体結晶インゴット（ＬＮ結晶インゴット）
２  強誘電体結晶の粉末
３  白金電極
４  ペースト（ＬＮペースト）
５  箱形電極
１０  結晶
１１  結晶
１２  結晶
１００  強誘電体結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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