東北大，Wるつぼで高融点酸化物の単結晶成長に成功

東北大学の研究グループは，融点が3,400℃を超えるタングステン（W）製のるつぼに着目し，新たな結晶成長技術を開発した（ニュースリリース）。

半導体や電子機器，光学機器等に用いられる付加価値の高い単結晶の一部は，これまで使用可能温度が2,200℃以下のイリジウム（Ir）や白金（Pt）製のるつぼを用いた単結晶成長で材料開発や量産が行なわれてきた。

そのため，それらの貴金属のるつぼでは，2,200℃を超える高温域の材料開発はほとんど進められてこなかった。

研究グループは，タングステンと酸化物との反応や結晶内へのタングステンの混入が，結晶成長時に周囲の断熱材から放出される酸素に起因することを突き止めた。そこで酸素の放出を抑制する脱酸素化プロセスを導入した。その結果，タングステンるつぼと脱酸素断熱材を用いた新たな結晶成長技術によって，高品質な高融点酸化物の単結晶成長に初めて成功した。

この単結晶成長技術を用いることで，2,200℃を超える融点のタンタル酸ルテチウム（Lu₃TaO₇），ハフニウム酸ランタン（La₂Hf₂O₇），ジルコン酸ランタン（La₂Zr₂O₇）の単結晶を作製することができた。特にLu₃TaO₇は酸化物の中では密度が約9.7g/cm³と特に高く，この材料を用いたシンチレータは，高エネルギー放射線を効率よく検出できる上，チェレンコフ発光を利用した高速応答が可能な高密度シンチレータとしての利用が期待される。

この他にも，蛍光温度計やレーザー用光学素子として注目されている酸化スカンジウム（Sc₂O₃）や酸化ルテチウム（Lu₂O₃）等の希土類セスキオキサイドや，薄膜用基板として用いられているスカンジム酸ガドリニウム（GdScO₃）に代表される希土類ペロブスカイト，スカンジウム酸イットリウム（YScO₃）等のビックスバイト系の単結晶育成にも複数成功しており，これらの材料系では高温における高精度な温度測定や格子定数を調整した単結晶基板などの応用も可能となっている。

研究グループは，今回の製法は，2,200℃以下の単結晶成長も可能であることから，貴金属るつぼをタングステンるつぼで代替することによって既存単結晶材料の低コスト化にも寄与することが期待されるとしている。