さまざまな薄膜アプリケーションには、高品質の単結晶基板が必要です。このような目的でよく使われる酸化物は SrTiO3 です。 (STO)。 STO は、新しいアイデアを利用したデバイス製造用の活物質としても研究されています。つまり、酸素欠乏領域が絶縁マトリックス内のナノ含有物の金属導体として機能するというものです。 STO が影響を与えると予想されるアプリケーションは、マイクロエレクトロニクス、電力、およびエネルギーであり、リストはさらなる開発と概念のために開かれています。
STO は融点が高く (2350 K)、単結晶の作製は簡単ではありません。火炎溶融 (ベルヌーイ) 法は、STO 単結晶を成長させるために工業的に採用されている唯一の方法です。他の方法は、成長率やサイズが小さい、または収量が少ないため、商業生産には適していません。火炎溶融法では、SrCO3 を添加した Sr と Ti の酸化物の粉末の混合物 酸素と水素の混合物を燃焼させることによって生成される炎の中で溶融されます。融液は STO 単結晶の種の上で凝固します。
困難は、Sr の蒸発、温度勾配の制御、および処理中の成長パラメーターの動的変化に関連しています。最後の特徴は、成長する結晶が炉内環境に及ぼす影響によるものです。さらに、主要な成長パラメータのいくつかは多かれ少なかれ互いに依存しているため、プロセス制御も制限されます。現在の状況下で、より大きな結晶の場合、成長の安定性が変化し、1 つの生産シフトの間に、結晶内にミクロン サイズまたはより大きな気泡が簡単に発生する可能性があります。この点で特に重要なのは、成長の終わりです。
結晶が大きいほど、望ましくない欠陥を含む結晶が得られる可能性が高くなります。別の問題は、成長後、より大きな結晶は均一に酸素化することがますます困難になることです。これらの対処された問題を考慮すると、通常、市場に出回っている STO 結晶の直径が 20 mm を超えないことは容易に理解できます。
古内化学工業株式会社、金沢工業大学、日本の国立材料科学研究所、INOE 2000、ルーマニア、国立材料物理学研究所、ルーマニアの研究者によって行われた研究では、STO の気泡のない単結晶と30 mm の直径は、産業条件下で、1 回の生産シフト (約 5 時間の成長) 内で成長しました。原料粉末混合物の組成、特にSrCO3の量 添加剤、およびその他の成長パラメーターが最適化されました。酸素化後、単結晶は、構造、微細構造、光学、および THz 分光法の観点から特徴付けられました。
これらの結晶は、より小さなサイズの市販のものと同様の特性を示します。これにより、薄膜成長用の基板として使用できます。また、より大きなサイズの単結晶を成長させ、大面積基板を商品化する可能性も示唆しています。
