(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のゾーンと第２のゾーンを備えるヒーターであって、
前記第１のゾーンは、前記ヒーターの長さを通して配置される第１の電極経路によって画定されるとともに、前記第１の電極経路が前記ヒーターの長さに沿って変化する幅を有しており、
前記第２のゾーンは、前記ヒーターの長さを通して配置される第２の電極経路によって画定され、
前記第１及び第２のゾーンが各ゾーンの前記長さを通して可変電力密度勾配を有し、
前記第１及び第２のゾーンの前記可変電力密度勾配は互いに異なり、
前記第１のゾーンの電極経路と前記第２のゾーンの電極経路は、略垂直に延びて並列な経路を有し、当該経路は、前記ヒーターの長さに沿って変化する幅を有する、ヒーター。
【請求項２】
前記第１及び第２のゾーンは前記ヒーター内で垂直に向けられる、請求項１に記載のヒーター。
【請求項３】
前記第１のゾーンの前記可変電力密度勾配は、前記ヒーターの第１端部から第２端部へ前記ゾーンの前記長さにわたって、大きくなり、
前記第２のゾーンの前記可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へ前記ゾーンの前記長さにわたって、小さくなる、請求項１に記載のヒーター。
【請求項４】
前記第１及び第２のゾーンの前記可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へ前記ゾーンそれぞれの前記長さにわたって、大きくなる、請求項１に記載のヒーター。
【請求項５】
前記第１及び第２のゾーンの前記可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へ前記ゾーンそれぞれの前記長さにわたって、小さくなる、請求項１に記載のヒーター。
【請求項６】
前記ヒーターは独立型構造である、請求項１に記載のヒーター。
【請求項７】
前記電極経路は基板の表面上に配置される薄膜から形成される、請求項１に記載のヒーター。
【請求項８】
ヒーターであって、
上端と、
下端と、
前記上端と前記下端との間に垂直に向けられる長さを有する第１の電極経路であって、前記第１の電極経路はその経路の前記長さにわたって変化する第１の経路幅を有する、第１の電極経路と、
前記上端と前記下端との間に垂直に向けられる長さを有する第２の電極経路であって、前記第２の電極経路はその経路の前記長さにわたって変化する第２の経路幅を有し、前記第１の電極経路は第１の可変電力密度勾配を有し、前記第２の電極経路は第２の可変電力密度勾配を有し、前記第１の可変電力密度勾配は前記第２の可変電力密度勾配とは異なる、第２の電極経路と、
を備える、ヒーター。
【請求項９】
前記第１の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの第１端部から第２端部へ前記経路の前記長さにわたって、大きくなり、
前記第２の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へと前記経路の前記長さにわたって、小さくなる、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１０】
前記第１の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの第１端部から第２端部へ前記経路の前記長さにわたって、大きくなり、
前記第２の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へと前記経路の前記長さにわたって、大きくなる、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１１】
前記第１の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの第１端部から第２端部へと前記経路の前記長さにわたって、小さくなり、
前記第２の可変電力密度勾配は、前記ヒーターの前記第１端部から前記第２端部へと前記経路の前記長さにわたって、小さくなる、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１２】
前記ヒーターは、炭素、グラファイト、炭素結合炭素繊維、炭化ケイ素、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属ケイ化物、又はそのうちの２つ以上の組み合わせから選択された物質を含む、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１３】
前記ヒーターは熱分解窒化ホウ素でコーティングされた熱分解グラファイトを含む、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１４】
前記ヒーターは独立型構造である、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１５】
前記第１の電極経路及び前記第２の電極経路は、基板の表面上に配置される薄膜から形成される、請求項８に記載のヒーター。
【請求項１６】
垂直勾配凝固法によって結晶性物質を作製する方法であって、
下端及び上端を有するるつぼを配設することと、
前記るつぼに隣接するヒーターを配設することであって、前記ヒーターは第１のゾーン及び第２のゾーンを備え、前記第１のゾーンは前記ヒーターの長さを通して配置される第１の電極経路によって画定されるとともに、前記第１の電極経路が前記ヒーターの長さに沿って変化する幅を有し、前記第２のゾーンは、前記ヒーターの長さを通して配置される第２の電極経路によって画定され、前記第１及び第２のゾーンが前記各ゾーンの前記長さを通して可変電力密度勾配を有し、前記第１及び第２のゾーンの前記可変電力密度勾配は互いに異なり、前記第１のゾーンの電極経路と前記第２のゾーンの電極経路は、略垂直に延びて並列な経路を有し、当該経路は、前記ヒーターの長さに沿って変化する幅を有することと、
前記結晶性物質を形成するための物質を溶解させることと、
可変電力密度勾配を有する前記少なくとも２つのゾーンに供給される電力入力を調整することによって、前記るつぼの前記下端から前記るつぼの前記上端まで温度勾配を形成し、前記溶解した物質内で結晶成長を開始することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記結晶性物質はＧａＡｓである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ヒーターは前記るつぼとは別の独立型構造である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ヒーターは前記るつぼとの一体型である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒーターは前記るつぼの表面上に印刷された薄膜の形で設けられる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）請求項７に記載のヒーターと、
（ｂ）前記基板に隣接して配置される外部ヒーターと
のうち、少なくとも前記請求項７に記載のヒーターを備える、システム。
【請求項２２】
（ａ）請求項１９に記載のヒーターと、
（ｂ）前記るつぼに隣接して配置される外部ヒーターと
のうち、少なくとも前記請求項７に記載のヒーターを備える、システム。
【請求項２３】
物質を加熱する方法であって、
（ｉ）加熱されることになる物質に近接するヒーターを配設することであって、前記ヒーターは、
上端と、
下端と、
前記上端と前記下端との間に垂直に向けられる長さを有する第１の電極経路であって、前記第１の電極経路はその経路の前記長さにわたって変化する第１の経路幅を有する、第１の電極経路と、
前記上端と前記下端との間に垂直に向けられる長さを有する第２の電極経路であって、前記第２の電極経路はその経路の前記長さにわたって変化する第２の経路幅を有し、前記第１の電極経路は第１の可変電力密度勾配を有し、前記第２の電極経路は第２の可変電力密度勾配を有し、前記第１の可変電力密度勾配は前記第２の可変電力密度勾配とは異なる、第２の電極経路と、
を備えることと、
（ｉｉ）前記第１の電極経路及び前記第２の電極経路それぞれに供給される電力入力を調整することによって、前記ヒーターの前記下端から前記ヒーターの前記上端まで温度勾配を形成し、前記物質を加熱することであって、前記第１の電極経路に供給される前記電力入力は前記第２の電極経路に供給される前記電力入力とは異なることと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年２月２１日に出願された「MULTI-ZONE VARIABLE POWER DENSITY HEATER APPARATUS CONTAINING AND METHODS OF USING THE SAME」と題する米国仮特許出願第６１／９４２，９０４号、及び２０１４年５月１９日に出願された「MULTI-ZONE VARIABLE POWER DENSITY HEATER APPARATUS CONTAINING AND METHODS OF USING THE SAME」と題する米国仮特許出願第６２／０００，１８９号の優先権及び恩典を主張する。これらの米国仮特許出願の各々の開示は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【０００２】
本技術はヒーター設計、そのようなヒーターを備える容器、並びにそのようなヒーター及び／又はそのようなヒーターを備える容器を利用して物質を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直勾配凝固（ＶＧＦ：vertical Gradient Freeze）結晶成長プロセスでは、るつぼの内容物が加熱され、その後、冷却ゾーンを生成し、結晶が凝固し、成長できるようにするために、温度勾配が生成される。これは、結晶成長界面において径方向の温度勾配を最小化しながら、るつぼの垂直方向において温度勾配を必要とする。また、そのプロセスは、結晶成長界面に続いて上昇する温度勾配プロファイルも必要とする。その温度プロファイルは、マルチゾーン外部グラファイトヒーターを使用することによって、又は結晶成長中に垂直方向において、るつぼ及びヒーターの相対的な位置を変更することによって達成することができる。現在の手法及びシステムは、そのシステム及びプロセスの結果として、結晶成長界面における径方向温度勾配に起因して依然として熱応力が生成されるという欠点を抱えている。これは結晶歪みの増加を引き起こす可能性があり、その結果として、結晶品質が低下し、結晶収量が減少する。
【発明の概要】
【０００４】
本技術はヒーター構成を提供する。一態様では、本技術は、複数のゾーンを備えるヒーターを提供し、各ゾーンはヒーターの長さを通して配置される電極経路によって画定され、少なくとも２つのゾーンは各ゾーンの長さを通して可変電力密度勾配を有し、少なくとも２つのゾーンの可変電力密度勾配は互いに異なる。
【０００５】
別の態様では、本技術は、上端と、下端と、上端と下端との間に垂直に向けられる長さを有する第１の電極経路であって、第１の電極経路はその経路の長さにわたって変化する第１の経路幅を有する、第１の電極経路と、上端と下端との間に垂直に向けられる長さを有する第２の電極経路であって、第２の電極経路はその経路の長さにわたって変化する第２の経路幅を有する、第２の電極経路とを備えるヒーターを提供し、第１の電極経路は第１の可変電力密度勾配を有し、第２の電極経路は第２の可変電力密度勾配を有し、第１の可変電力密度勾配は第２の可変電力密度勾配とは異なる。
【０００６】
一態様では、本技術は、物質を加熱する方法を提供し、その方法は、（ｉ）加熱されることになる物質に近接するヒーターを配設することであって、ヒーターは、上端と、下端と、上端と下端との間に垂直に向けられる長さを有する第１の電極経路であって、第１の電極経路はその経路の長さにわたって変化する第１の経路幅を有する、第１の電極経路と、上端と下端との間に垂直に向けられる長さを有する第２の電極経路であって、第２の電極経路はその経路の長さにわたって変化する第２の経路幅を有する、第２の電極経路とを備え、第１の電極経路は第１の可変電力密度勾配を有し、第２の電極経路は第２の可変電力密度勾配を有し、第１の可変電力密度勾配は第２の可変電力密度勾配とは異なることと、（ｉｉ）第１の電極経路及び第２の電極経路に供給される電力入力を調整することによって、ヒーターの下端からヒーターの上端まで温度勾配を形成し、物質を加熱することとを含み、第１の電極経路に供給される電力入力は第２の電極経路に供給される電力入力とは異なる。
【０００７】
一実施形態では、本技術の１つ又は複数の態様によるヒーターは、独立型ヒーター構造とすることができる。
【０００８】
一実施形態では、本技術の１つ又は複数の態様によるヒーターは、例えば、容器のような構造との一体型であり、容器の表面上に電極薄膜として設けられる。一実施形態では、本技術によるヒーターは、るつぼの外面上に電極薄膜として設けられる。
【０００９】
本技術によるヒーターは、種々の用途において利用することができる。一実施形態では、本技術によるヒーターは、垂直勾配凝固プロセスにおけるヒーターとして使用するのに適している。
【００１０】
異なる可変電力密度勾配を有する複数のゾーンを備えるヒーターは、特定の用途の場合に、温度全体の制御と、温度勾配の制御とを可能にするヒーターを提供する。また、そのヒーターは、るつぼ表面への熱流束プロファイルのより正確な制御及び調整も可能にする。そのヒーターは、垂直方向及び径方向の両方において加熱プロファイルの制御を提供することができる。これは、結晶成長プロセスのような用途において役に立つ可能性がある。
【００１１】
本技術のこれらの態様及び他の態様は、図面及び詳細な説明を参照しながら説明され、更に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図１Ｂ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図１Ｃ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図１Ｄ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図１Ｅ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図１Ｆ】本技術によるヒーターの電極経路が有することができる可変電力密度勾配の例を示す図である。
【図２】本技術の一実施形態によるヒーター設計を含む容器の正面図である。
【図３】図２の容器の底面図である。
【図４】図２及び図３の容器の斜視図である。
【図５】本技術の一実施形態による、ヒーター構成によって加熱される容器の垂直軸にわたる電力密度の組み合わせを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
他に言及されない限り、図面は縮尺どおりではない。図面は、本技術の態様及び実施形態を例示することを目的としており、本技術を本明細書において例示される態様に限定することは意図していない。本技術の態様及び実施形態は、以下の詳細な説明を参照することにより更に理解することができる。
【００１４】
本技術はヒーター設計を提供する。そのヒーター設計は複数の電極経路を提供し、各経路が電力密度勾配を有するゾーンを画定する。経路のうちの少なくとも２つが、互いに異なる可変電力密度勾配を有する。そのヒーターは、各ゾーンに加えられる電力を制御することによって、ヒーターの長さに沿った温度プロファイルの制御を可能にする。
【００１５】
そのヒーターは、ヒーターの長さを通して配置される複数の電極経路を備え、各経路が電力密度勾配を有するゾーンを画定する。その電極経路は、経路の主要部分がヒーター構造の下端及び上端に対して垂直又は水平に延在するように設けることができる。一実施形態では、電極経路は、電極経路の主要部分がヒーター設計の実質的に垂直軸に沿って延在するように構成することができる。
【００１６】
そのヒーターは、ゾーンのうちの少なくとも２つが可変電力密度勾配を有するように設けられる。電極経路の可変電力密度勾配は、電極経路の長さに沿って変化する幅を有する電極経路を設けることによって与えられる。電力密度は、経路幅が狭いエリアほど高く、電力密度は、経路幅が広いエリアほど低い。経路／ヒーターの下端から経路の上端に向かって経路幅を広くすることによって、経路／ヒーターの下端から経路／ヒーターの上端に向かって小さくなる電力密度勾配を与える。経路／ヒーターの下端から経路の上端に向かって経路幅を狭くすることによって、経路／ヒーターの下端から経路／ヒーターの上端に向かって大きくなる電力密度勾配を与える。
【００１７】
電力密度勾配の傾きは、経路の長さにわたる電極経路幅の変化率によって制御又は構成することができる。図１Ａ〜図１Ｆは、与えることができる可変電力密度勾配曲線の例を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるような相対的に直線の電力密度勾配を与えるために、経路幅の変化率は、経路の下端から経路の上端に向かって一定にすることができる。他の実施形態では、図１Ｃ及び図１Ｄに示されるような直線でない、又は曲線をなす電力密度勾配を与えるために、経路幅の変化率は一定である必要はない。更に別の実施形態では、経路幅は、図１Ｅ及び図１Ｆに示されるようなステップ関数を有する可変電力密度勾配を与えるように構成することができる。図１Ａ〜図１Ｆに示される電力密度勾配曲線は、経路幅を調整することによって生成することができる取り得る可変電力密度勾配の例にすぎない。所望により、異なる傾き、曲線形状、ステップ形状等を有する他の可変電力密度勾配を生成できることは理解されよう。
【００１８】
そのヒーター設計では、異なる可変電力密度勾配を有する少なくとも２つの電極経路が設けられる。各経路の可変電力密度勾配は、特定の目的又は意図した用途に合わせて所望に応じて選択することができる。一実施形態では、そのヒーター設計は、（ａ）ヒーターの下端から上端に向かって大きくなる可変電力密度勾配を有する第１の電極経路と、（ｂ）ヒーターの下端からヒーターの上端に向かって小さくなる可変電力密度勾配を有する第２の電極経路とを備える。別の実施形態では、そのヒーター設計は、（ａ）ヒーターの下端から上端に向かって小さくなる可変電力密度勾配を有する第１の電極経路と、（ｂ）ヒーターの下端からヒーターの上端に向かって大きくなる可変電力密度勾配を有する第２の電極経路とを備える。更に別の実施形態では、そのヒーター設計は、（ａ）ヒーターの下端から上端に向かって大きくなる可変電力密度勾配を有する第１の電極経路と、（ｂ）ヒーターの下端からヒーターの上端に向かって大きくなる可変電力密度勾配を有する第２の電極経路とを備え、第１の電極経路の可変電力密度勾配は第２の電極経路の可変電力密度勾配とは異なる。更に別の実施形態では、そのヒーター設計は、（ａ）ヒーターの下端から上端に向かって小さくなる可変電力密度勾配を有する第１の電極経路と、（ｂ）ヒーターの下端からヒーターの上端に向かって小さくなる可変電力密度勾配を有する第２の電極経路とを備え、第１の電極経路の可変電力密度勾配は第２の電極経路の可変電力密度勾配とは異なる。
【００１９】
ヒーターの温度プロファイルは、可変電力密度勾配を規定する電極経路の設計によって、そして、各経路に供給される電力によって制御し、調整することができる。所与の経路に加えられる電力は、０％（すなわち、経路がオフに切り替えられる）から１００％に及ぶことができ、その間にある任意の整数又は小数パーセンテージに及ぶことができる。一実施形態では、所与の経路に加えられる電力は独立して、約５％から約９５％；約１０％から約８０％；約２０％から約８０％；約３０％から約７０％；更には約４０％から約６０％に及ぶことができる。さらに、経路に加えられる全電力は１００％に等しい必要はないことは理解されよう。それぞれの経路に加えられる電力のパーセンテージは、所与のヒーター設計の場合に指定される最大入力電力のパーセンテージを指している。例えば、ヒーターが５ｋＷの電力仕様を有する場合には、ある経路に１００％の電力を加えることは、その経路に５ｋＷの電力を加えることに等しく、９０％の電力は４．５ｋＷに等しく、それ以外も同様である。ヒーターの電力仕様は、ヒーターのサイズ及び設計によって決まる場合がある。それぞれの経路の可変電力密度勾配に応じて、各電極経路に加えられる電力によって、ヒーターの温度プロファイルを制御することができる。さらに、それぞれの電極に加えられる電力は、ヒーターの電力密度勾配全体及び温度を制御するために、所望に応じて調整することができる。これは、所与の用途の場合の特定の加熱要件を満たすために、加熱を必要に応じて制御しながら正確に調整することを可能にする。
【００２０】
図２〜図４は、本技術の態様及び実施形態によるヒーター設計の一実施形態を示す。図２において、そのヒーターは、外面１０２を有する容器１００と、容器１００の外面１０２上に配置されるヒーター設計２００とを備えるシステムの一部として設けられる。図２に示される実施形態では、容器１００は、垂直勾配凝固結晶成長プロセス等によって結晶を成長させるために構成され、結晶成長を助長するために種結晶が配置されるステム１１０を含む。図２におけるヒーター設計２００は電極経路２１０及び２２０を含む。電極経路２１０及び２２０は並列経路であり、それぞれ容器１００の垂直軸に沿って延在する主要部分を有する。経路２１０及び２２０はそれぞれ、可変電力密度勾配を有するゾーンを画定する。それぞれの可変電力密度勾配は、ヒーター設計の下端２０２からヒーター設計の上端２０４に向かってそれぞれの電極経路の幅を変更することによって規定される。経路２１０は、端部２１２において、端部２１４の幅Ｗ2より広い幅Ｗ1を有するように構成される。経路２２０は、下端２２２において、端部２２４の幅Ｗ4より狭い幅Ｗ3を有するように構成される。したがって、この構成では、経路２１０は、ヒーター及び容器の下端からヒーター及び容器の上端に向かって高くなる電力密度を有し、経路２２０は、ヒーター及び容器の下端からヒーター及び容器の上端に向かって低くなる電力密度を有する。
【００２１】
そのヒーター設計は端子を含み、端子は、ヒーターゾーンを電源に接続し、ヒーターに電流を与えるための結合箇所を提供する端子コンタクトエリア２３０、２４０及び２５０を含む。コンタクトエリア２３０及び２５０を用いて、ゾーン２１０に電力を供給することができ、コンタクトエリア２３０及び２４０を用いて、ゾーン２２０に電力を供給することができる。接点は所望によりどの場所にも配置することができる。コンタクト端子は、他の形状において、又はフランジとして設けること等もできる。
【００２２】
図５は、それぞれの電極経路に加えられる電力に基づく、ヒーターのための取り得る電力密度勾配を示す。電極経路２１０に１００％の電力が加えられ、経路２２０に０％が加えられる、すなわち、電極経路２２０がオフに切り替えられるとき、ヒーターは、ライン３００によって示される経路２１０の電力密度勾配によって規定される電力密度勾配を有する。電極経路２２０に１００％の電力が加えられ、経路２１０に０％が加えられる、すなわち、電極経路２１０がオフに切り替えられるとき、ヒーターは、ライン３１０によって示される経路２２０の電力密度勾配によって規定される電力密度勾配を有する。図２に示される実施形態において、電極経路は、符号は異なるものの、同じ傾き値を有する。したがって、各経路に同じ電力量が加えられるとき、電力密度は、ライン３２０及び３３０によって例示されるように、ヒーター及び容器の軸に沿って平坦である。それぞれの電極経路に加えられる電力量を調整することによって、ヒーターの電力密度及び温度プロファイルを、それだけで各経路電力密度勾配間にある任意の値に調整することができるか、又は任意の値において与えることができる。ライン３４０は、電極２２０が７０％の電力にあり、電極２１０が３０％の電力にある場合のヒーターの電力密度勾配を示す。ライン３５０は、電極２１０が７０％の電力にあり、電極２２０が３０％の電力にある場合のヒーターの電力密度勾配を示す。
【００２３】
図２〜図５によって示される実施形態は、取り得るヒーター構成の例示的な実施形態にすぎない。上記で説明されたように、それぞれの電極経路の電力密度勾配は、特定の目的又は意図した用途に合わせて所望に応じて選択し、構成することができる。さらに、ヒーターの電力密度勾配は、それぞれの経路に加えられる電力によって制御することができる。
【００２４】
ヒーター要素は、独立型ヒーター構造として設けることができるか、又は基板の表面に被着される薄膜電極として設けることができる。独立型ヒーターの場合、ヒーター本体は、限定はしないが、炭素、グラファイト、炭素結合炭素繊維（carbon-bonded carbon fiber）、炭化ケイ素、金属、例えば、耐火金属、耐火金属炭化物、耐火金属窒化物、耐火金属ケイ化物、そのうちの２つ以上の組み合わせ等を含む、任意の適切な物質から形成することができる。適切な金属の例は、タングステン、モリブデン、レニウム、タンタル、白金、その２つ以上の合金、その窒化物、炭化物及び／又はケイ化物等を含む。
【００２５】
ヒーター本体は、本体を保護し、耐腐食性を与えるために、コーティング層を設けることができる。グラファイト本体のコーティング層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火硬質金属、遷移金属及び希土類金属からなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物、その複合物及び／又はその組み合わせのうちの１つ又は複数を含む。例では、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、炭窒化チタンアルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素を含む。
【００２６】
一実施形態では、コーティング層はｐＢＮを含む。第２の実施形態では、コーティング層はＡｌＮを含む。第３の実施形態では、コーティング層はＡｌＮ及びＢＮの複合物である。第４の実施形態では、コーティング層は、電気抵抗率が１０14Ω−ｃｍより小さいように、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、及び約３ｗｔ％未満の量の炭素ドーパントからなる組成物を含む。更なる第５の実施形態では、コーティング層は、少量、例えば、１００ｗｔ％の窒化アルミニウムに対して５ｗｔ％の量のＹ2Ｏ3が添加された窒化アルミニウムを含む。ｐＢＮ及びＡＩＮはいずれも優れた絶縁性及び伝導性を有し、気相から容易に堆積することができる。また、ｐＢＮ及びＡｌＮは高温安定性も有する。さらに、ｐＢＮ及びＡｌＮは、熱分解グラファイトベース（黒色）とは異なる色（白色）を有し、それにより、電気的パターンを形成するステップにおいて、コーティング層を容易に目視でパターンと区別することができる。更に別の実施形態では、コーティングは炭化ケイ素（ＳｉＣ）とすることができる。更に別の実施形態では、コーティングは炭化タンタル（ＴａＣ）とすることができる。
【００２７】
一実施形態では、加熱要素は、加熱されることになる基板、例えば、るつぼのような容器の表面に堆積した薄膜電極を含む。薄膜電極は、炭素、グラファイト、炭素結合炭素繊維、炭化ケイ素、金属、例えば、耐火金属、耐火金属炭化物、耐火金属窒化物、耐火金属ケイ化物、そのうちの２つ以上の組み合わせ等を含む、電極を形成するのに適した任意の物質から形成することができる。適切な金属の例は、タングステン、モリブデン、レニウム、タンタル、白金、その２つ以上の合金、その窒化物、炭化物及び／又はケイ化物等を含む。薄膜電極は、任意の所望の厚さを有することができる。一実施形態では、薄膜電極は、約５ミクロンから約２５０μｍに及ぶ厚さを有する。薄膜電極は、限定はしないが、スクリーン印刷、スピンコーティング、プラズマスプレー、スプレー熱分解、反応性スプレー堆積、ゾルゲル、燃焼トーチ、電気アーク、イオンめっき、イオン注入、スパッタリング堆積、レーザーアブレーション、蒸着、電気めっき、及びレーザー表面合金化を含む、適切なプロセスによって形成することができる。一実施形態では、薄膜電極は、高融点を有する金属、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム及び白金、又はその合金を含む。別の実施形態では、薄膜電極は、貴金属又は貴金属合金を含む。更に別の実施形態では、電極は熱分解グラファイトを含む。また、薄膜電極に、電極物質の腐食又は望ましくない反応を防ぐために、薄膜層を覆うコーティング層を設けることもできる。
【００２８】
本技術の態様によるヒーター、又はその上にヒーターが印刷された装置は、広範な適用において使用するのに適している場合がある。異なる電力密度勾配を有する複数のヒーター要素を備えるヒーターは、加熱プロファイルの正確な制御を提供することが望ましく、かつ異なる加熱ゾーン又は電極経路に加えられる電力を変更することによって加熱プロファイルを変更できるようにすることが望ましい用途に特に適している。ヒーター又はヒーターを備える容器が適している用途は、限定はしないが、分子ビームエピタキシャルへの適用、金属蒸着、熱蒸着、太陽電池成長、金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、有機金属化学気相成長（ＯＭＣＶＤ）、金属有機気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、垂直勾配凝固（ＶＧＦ）結晶成長プロセス等を含む。
【００２９】
一実施形態では、本技術によるヒーター設計は、ＶＧＦ結晶成長プロセスにおいて使用するのに適している。そのヒーター設計を用いて、限定はしないが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）結晶を含む、任意のタイプの結晶を所望に応じて成長させることができる。一実施形態では、結晶を成長させるための装置は、るつぼと、本技術によるヒーター設計とを備える。るつぼは特に限定されず、処理条件及び成長することになる結晶に応じて選択することができる。一実施形態では、るつぼは熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）るつぼとすることができる。異なる電力密度勾配を有する複数の加熱ゾーンを有するヒーター設計は、独立型ヒーター構造として設けることができるか、又はるつぼ上に印刷することができる。例えば、図２〜図４において、容器１００は、ＰＢＮるつぼのような、るつぼとすることができる。ステム１１０内に種結晶を入れることができ、容器の本体内に、結晶を形成するのに望ましい物質を含む液体を入れることができる。その後、ヒーター設計を用いて容器を加熱することができ、ヒーター設計を用いて、異なる電力密度勾配を有するそれぞれの電極経路に供給される電力を制御することによって、所望の温度プロファイル及び勾配を与えることができる。図２〜図４の構成はヒーター構成又はパターンの取り得る実施形態の例にすぎないことは理解されよう。パターン、電力密度勾配、及び電極経路の数は、所望に応じて選択することができる。
【００３０】
そのヒーターは、それだけで、又は他の加熱要素と組み合わせて使用することができる。例えば、ＶＧＦプロセスに関して、本技術によるヒーター構造を備えるるつぼを、別の独立型ヒーター（例えば、従来のラジアルヒーターシステム）とともに、そのプロセスのために使用することができる。
【００３１】
本発明の実施形態が上記で説明されてきており、本明細書を読み、理解すると、変更及び改変が他の人にも思い浮かぶ場合がある。添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物内に入る限りにおいて、全ての変更及び改変を含むことを意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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