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高出力レーザ加熱型単結晶育成装置(LFZ)

高出力レーザ(1kW、2kW)を用いた浮遊溶融帯方式(Floating zone furnace equipped with a high power laser)による低融点から高融点材料の高品質単結晶を育成するシステムです。
5つのレーザヘッドにより照射強度の高い均一性(95%以上)を有し、理化学研究所が開発したレーザプロファイル*の採用により、結晶への熱ストレスの緩和を実現し、結晶のクラック発生を防止できます。
また、照射スポットが小さいため、石英管の内面付着が少なく、高蒸発材料でも安定して単結晶の成長が可能となります。
放射温度計*により3000℃の高温領域まで溶融帯の温度を結晶作製中に直接モニターが可能です。

*)理化学研究所特許

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低温から高融点温度領域まで対応可能

◎1台でハロゲン、キセノンランプの温度領域まで対応可能
 (500℃の低温から3000℃以上の高温まで)※材料によります
◎低パワーから高パワーの広範囲で、光学系の調整や変更は不要


レーザービームプロファイル ※特許技術

加熱レーザーの照射強度分布は原料棒の円周方向は略均一で、垂直方向は、なだらかな照射強度分を採用※
◎ 原料棒の外周からの照射強度の高い均一性(95%以上)を実現
◎結晶への熱ストレスの軽減化を実現
 ◇原料棒のトップハットの垂直照射強度を持つレーザFZに対して、
  結晶への熱ストレスの緩和を実現。結晶のクラックの発生防止
 ◇上下試料棒の衝突による溶融帯不安定化防止可能


溶融帯のピンポイント(1.5mmφ)の温度を育成中に計測が可能

◎ 放射温度計で3000℃の高温領域まで結晶作製中の溶融帯の温度を直接モニターし、記録可能
◎ 高精度の単結晶育成 : 所望の溶融帯温度へ高精度温度制御を実現
◎ 狭い温度領域の制御が必要なTSFZ法による結晶作製に最適
◎測定温度の再現性は±1℃以内。適温度が見つかれば、再現よく指定温度に制御可能

* 理化学研究所特許


揮発性の高い試料に最適

◎照射スポットが小さいため、石英管の内面付着が少なく、高蒸発材料でも安定して 単結晶の成長が可能
◎蒸発材料用の石英管保護管の装着可能
 使用後の石英管のクリーニン グ作業の簡便化


結晶成長制御のユビキタス機能の実現

◎研究室デスク、自宅や、外出先のどこからでもPCやスマホで溶融像、溶融温度の観察&制御可能
◎ 溶融帯温度&溶融帯像の直接観察は安定した溶融帯維持制御を飛躍的に向上

加熱制御 レーザヘッド 5つのレーザヘッド
FZ 領域のレーザ総出力 2kW(400W×5)、 1kW(200W ×5)
FZ 温度範囲 500 ℃~3000 ℃(材料依存)
温度監視 800 ℃~3000 ℃(放射温度計)
設定温度再現性 ±1 ℃(温度範囲全体)
結晶成長制御 結晶成長最大長 150 mm
結晶径最大 8 mm
成長速度、回転速度 0.1~200 mm(mm/hr)、0.1~60 rpm
FZ 領域真空度/ 圧力 1×10-4 torr ~ 10 bar
FZ 環境 ユーザ供給外部ガス
成長監視 フルハイビジョンカメラ
運転制御 PC やスマートフォンによる家庭のユビキタス制御による結晶成長プロセスの遠隔監視や制御が可能
その他 機器設置面積 D1400 × W2100 × H2000(mm)

高出力レーザ加熱型単結晶育成装置(LFZ)の作成試料例

さまざまな単結晶試料を高品質に作成可能です。



SmB6(Tm ~ 2345C)※トポロジカル絶縁体

溶けにくく伝導性の高い特性のある材質は、Ha-FZでは育成できません。


ルビー(Tm ~ 2072C)

このようにきれいな結晶表面を持つルビーは、Ha-FZでは成長できません。


Y-type Ferrite; Ba2Co2Fe12O22 (Tm 1440 C)
(room temperature multi-ferroic materials)

溶融温度で不一致な特性を持つ材料の単結晶。 溶融温度範囲(10C)が狭いため、この材料はHa-FZ法では容易に成長できません。



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