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JP2013064181A - Aluminum material and method for producing the same - Google Patents

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JP2013064181A
JP2013064181A JP2011203557A JP2011203557A JP2013064181A JP 2013064181 A JP2013064181 A JP 2013064181A JP 2011203557 A JP2011203557 A JP 2011203557A JP 2011203557 A JP2011203557 A JP 2011203557A JP 2013064181 A JP2013064181 A JP 2013064181A
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aluminum
melting
ppm
aluminum material
zone
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Application number
JP2011203557A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Hoshikawa
浩介 星河
Hiroshi Tabuchi
宏 田渕
Tsunetaka Riki
経孝 李木
Kakuyoshi Nakamura
格芳 中村
Kisaburo Tanaka
喜三郎 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】不純物レベルを抑制したアルミニウム材およびその製造(精製)方法を提供する。
【解決手段】リチウム、ベリリウム、ホウ素、ナトリウム、マグネシウム、珪素、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ジルコニウム、モリブデン、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、バリウム、ランタン、セリウム、白金、水銀、鉛、ビスマスの合計含有量が原子比で0.45ppm以下であり、残留抵抗比のサイズ効果補正値が70000〜100000であることを特徴とするアルミニウム材である。
【選択図】図3
An aluminum material having a suppressed impurity level and a method for producing (purifying) the same are provided.
SOLUTION: Lithium, beryllium, boron, sodium, magnesium, silicon, potassium, calcium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, nickel, cobalt, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, selenium, zirconium, molybdenum, The total content of silver, cadmium, indium, tin, antimony, barium, lanthanum, cerium, platinum, mercury, lead, and bismuth is 0.45 ppm or less in atomic ratio, and the size effect correction value of the residual resistance ratio is 70,000 to 100,000. It is an aluminum material characterized by being.
[Selection] Figure 3

Description

本発明はアルミニウム材、とりわけ不純物量の少ないアルミニウム材およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an aluminum material, in particular, an aluminum material with a small amount of impurities and a method for producing the same.

高純度のアルミニウムは、MBE等による半導体の気相成長をはじめ多くの分野で用いられている。このような高純度のアルミニウムとして、例えば偏析法や三層電解法により作製した高純度アルミウム材が知られている。これら高純度アルミニウム材は、通常99.99%〜99.999%程度の純度であることが知られている。
また、例えば特許文献1に不純物の分析結果が示されるような、99.9999%の純度レベルを有する超高純度アルミニウム材も知られている。
しかし、下記に示すように、これら従来の高純度および超高純度アルミニウム材の不純物レベルでは十分でない場合があり、より一層不純物を低減したアルミニウム材への要望が高まっている。
High-purity aluminum is used in many fields including vapor phase growth of semiconductors such as MBE. As such high-purity aluminum, for example, a high-purity aluminum material produced by a segregation method or a three-layer electrolysis method is known. These high-purity aluminum materials are generally known to have a purity of about 99.99% to 99.999%.
In addition, for example, an ultra-high purity aluminum material having a purity level of 99.9999% as disclosed in Patent Document 1 shows an impurity analysis result.
However, as shown below, the impurity levels of these conventional high-purity and ultra-high-purity aluminum materials may not be sufficient, and there is an increasing demand for aluminum materials with further reduced impurities.

高密度光記録用途、高演色の照明やディスプレイ、殺菌、各種医療分野など、幅広い分野での応用が考えられている深紫外線(波長:200〜360nm)を発する発光ダイオードや半導体レーザーは、従来ガスレーザーなど大型装置の光源しか無かったが、AlN、AlGaN系半導体を用いることで、小型、高効率、長寿命な発光ダイオード(LED)や半導体レーザー(LD)が作製可能となっている。   Light emitting diodes and semiconductor lasers emitting deep ultraviolet rays (wavelength: 200 to 360 nm), which are considered to be applied in a wide range of fields such as high-density optical recording applications, high color rendering illumination and displays, sterilization, and various medical fields, are conventionally known as gases. There were only light sources for large devices such as lasers, but by using AlN and AlGaN semiconductors, light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) with small size, high efficiency, and long life can be produced.

しかし、比較的高い貫通転位密度を有するにもかかわらず高い量子効率が得られるInGaN等のInを含む窒化物半導体と異なり、Inを含まないAlN、AlGaN系半導体では、発光に寄与しない再結合中心が少ない高品質な結晶成長が必要となる。   However, unlike nitride semiconductors containing In, such as InGaN, which have high quantum efficiency despite having a relatively high threading dislocation density, recombination centers that do not contribute to light emission in AlN and AlGaN semiconductors that do not contain In. Therefore, high quality crystal growth is required.

これはAlN、AlGaN結晶では、多くの種類の元素が不純物として取り込まれやすく、取り込まれた不純物によりエネルギーバンド中に深いエネルギー準位を形成しやすことから、不純物が発光特性に影響を与えやすい。また、含有不純物元素が起点となり結晶欠陥が発生しやすいためである。従って、結晶品質および発光特性を向上させるためには、これら不純物元素の導入を、極力抑制することが重要である。   This is because, in an AlN or AlGaN crystal, many types of elements are easily taken in as impurities, and deep energy levels are easily formed in the energy band by the incorporated impurities, so that the impurities easily affect the light emission characteristics. Moreover, it is because the contained impurity element is the starting point and crystal defects are likely to occur. Therefore, in order to improve crystal quality and light emission characteristics, it is important to suppress the introduction of these impurity elements as much as possible.

例えば、非特許文献1には、AlN薄膜のカソードルミネッセンス等により、酸素(O)およびシリコン(Si)起因の欠陥について評価している。
非特許文献2には、酸素、炭素などの非金属元素および珪素などの不純物が取り込まれやすい元素として記されている。
非特許文献3には、CrやMnの影響について記載されている。
非特許文献4には、Si、Ge、P、As、Sb、CのAlN結晶中での存在状態を計算により検討している。
For example, Non-Patent Document 1 evaluates defects caused by oxygen (O) and silicon (Si) by cathodoluminescence of an AlN thin film.
Non-Patent Document 2 describes a non-metallic element such as oxygen and carbon and an element that is easily incorporated with impurities such as silicon.
Non-Patent Document 3 describes the effects of Cr and Mn.
Non-Patent Document 4 examines the existence state of Si, Ge, P, As, Sb, and C in an AlN crystal by calculation.

AlN、AlGaN系半導体の結晶成長方法は複数の方法が検討されているが、MBE法による場合はアルミニウムを原料として用いている。   A plurality of methods for crystal growth of AlN and AlGaN-based semiconductors have been studied. In the case of the MBE method, aluminum is used as a raw material.

従って、AlN、AlGaN相の不純物元素を抑制するために、MBEに用いるアルミニウム中に存在する不純物を抑制することは極めて重要である。   Therefore, in order to suppress the impurity elements of the AlN and AlGaN phases, it is extremely important to suppress the impurities present in the aluminum used for MBE.

また、これ以外にも例えばLSI等の集積回路の配線材の用途で従来の高純度アルミニウム材に含まれる非金属不純物による異常放電等の問題があった。   In addition to this, there is a problem such as abnormal discharge due to non-metallic impurities contained in a conventional high-purity aluminum material in the use of wiring materials for integrated circuits such as LSI.

例えば特許文献1に記載されている従来の高純度アルミニウム精製法である偏析法や三層電解ではこれらの不純物に起因する問題を解決することができなかった。そこで、より不純物レベルを抑制したアルミニウム材が要望されていた。   For example, the segregation method and the three-layer electrolysis, which are conventional high-purity aluminum refining methods described in Patent Document 1, cannot solve the problems caused by these impurities. Therefore, there has been a demand for an aluminum material in which the impurity level is further suppressed.

特開特開2009−242867号公報JP, 2009-242867, A

B.Bastek et.al.,Applied Physics Letters 95(2009)032106.B. Bastek et. al. , Applied Physics Letters 95 (2009) 032106. 秩父重英、上殿明良、日本結晶成長学会誌vol.36(2009)166.Shigehide Chichibu, Akiyoshi Udono, Journal of Crystal Growth Society of Japan vol. 36 (2009) 166. H.X.Liu et.al.,Applied Physics Letters 85(2004)4076.H. X. Liu et. al. , Applied Physics Letters 85 (2004) 4076. L.E.Ramas et.al.,Physical Review B68(2003)085209.L. E. Ramas et. al. , Physical Review B68 (2003) 085209.

本願はこのような要望に応えて、不純物レベルをよりいっそう抑制したアルミニウム材およびその製造(精製)方法を提供することを目的とする。   In response to such a demand, the present application aims to provide an aluminum material in which the impurity level is further suppressed and a method for producing (purifying) the same.

本発明の態様1は、リチウム(Li)とベリリウム(Be)とホウ素(B)とナトリウム(Na)とマグネシウム(Mg)と珪素(Si)とカリウム(K)とカルシウム(Ca)とチタン(Ti)とバナジウム(V)とクロム(Cr)とマンガン(Mn)と鉄(Fe)とニッケル(Ni)とコバルト(Co)と銅(Cu)と亜鉛(Zn)とガリウム(Ga)とゲルマニウム(Ge)とヒ素(As)とセレン(Se)とジルコニウム(Zr)とモリブデン(Mo)と銀(Ag)とカドミウム(Cd)とインジウム(In)とスズ(Sn)とアンチモン(Sb)とバリウム(Ba)とランタン(La)とセリウム(Ce)と白金(Pt)と水銀(Hg)と鉛(Pb)とビスマス(Bi)の合計含有量が原子比で0.45ppm以下であり、残留抵抗比のサイズ効果補正値が70000〜100000であることを特徴とするアルミニウム材である。   Aspect 1 of the present invention includes lithium (Li), beryllium (Be), boron (B), sodium (Na), magnesium (Mg), silicon (Si), potassium (K), calcium (Ca), and titanium (Ti ), Vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga) and germanium (Ge) ), Arsenic (As), selenium (Se), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In), tin (Sn), antimony (Sb), and barium (Ba) ), Lanthanum (La), cerium (Ce), platinum (Pt), mercury (Hg), lead (Pb) and bismuth (Bi) in an atomic ratio of 0.45 ppm or less, Size effect correction value of the ratio is an aluminum material, which is a 70,000 to 100,000.

本発明の態様2は、チタン(Ti)の含有量が原子比で0.02ppm以下であることを特徴とする態様1に記載のアルミニウム材である。   Aspect 2 of the present invention is the aluminum material according to aspect 1, wherein the titanium (Ti) content is 0.02 ppm or less in terms of atomic ratio.

本発明の態様3は、態様1または2のいずれかに記載のアルミニウム材の半導体成膜プロセスでの使用である。   Aspect 3 of the present invention is the use of the aluminum material according to either aspect 1 or 2 in a semiconductor film forming process.

本発明の態様4は、態様1または2のいずれかに記載のアルミニウム材の半導体バルク単結晶成長プロセスでの使用である。   Aspect 4 of the present invention is the use of the aluminum material according to either aspect 1 or 2 in a semiconductor bulk single crystal growth process.

本発明の態様5は、アルミニウムの一部分を溶融した溶融部を形成し、該溶融部を移動させて不純物を除去する帯溶融工程を含むアルミニウム材の製造方法であって、前記溶融部を形成するアルミニウムがアルミナ層の上に配置され、かつ前記溶融部の移動速度が毎時40mm以下であることを特徴とするアルミニウム材の製造方法である。   Aspect 5 of the present invention is an aluminum material manufacturing method including a zone melting step of forming a molten part obtained by melting a part of aluminum and moving the molten part to remove impurities, wherein the molten part is formed. An aluminum material manufacturing method characterized in that aluminum is disposed on an alumina layer, and the moving speed of the molten portion is 40 mm or less per hour.

本発明の態様6は、前記帯溶融工程を減圧下で行うことを特徴とする態様5に記載の製造方法である。   A sixth aspect of the present invention is the manufacturing method according to the fifth aspect, wherein the zone melting step is performed under reduced pressure.

本発明の態様7は、前記帯溶融工程を圧力3×10−6Pa〜2×10−5Paの減圧下で行うことを特徴とする態様6に記載の製造方法である。 A seventh aspect of the present invention is the manufacturing method according to the sixth aspect, wherein the zone melting step is performed under a reduced pressure of 3 × 10 −6 Pa to 2 × 10 −5 Pa.

本発明の態様8は、前記帯溶融工程を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする態様5に記載の製造方法である。   Aspect 8 of the present invention is the manufacturing method according to aspect 5, wherein the zone melting step is performed in an inert gas atmosphere.

本発明の態様9は、前記溶融部の移動方向に沿った長さが30〜120mmであることを特徴とする態様5〜8のいずれかに記載の製造方法である。   A ninth aspect of the present invention is the manufacturing method according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein a length along the moving direction of the melting portion is 30 to 120 mm.

本願発明により、金属35元素(Li、Be、B、Na、Mg、Si、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、La、Ce、Pt、Hg、Pb、Bi)の合計含有量が0.45ppm以下であり、かつ残留抵抗比のサイズ効果補正値が70000以上、100000以下と不純物レベルが極めて低い高純度アルミニウム材およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, metal 35 elements (Li, Be, B, Na, Mg, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Pt, Hg, Pb, Bi) is a total content of 0.45 ppm or less, and the size effect correction value of the residual resistance ratio is It is possible to provide a high-purity aluminum material having a very low impurity level of 70,000 or more and 100,000 or less and a method for producing the same.

帯溶融精製装置の一例である帯溶融精製装置100を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the zone melting refinement | purification apparatus 100 which is an example of a zone melting refinement | purification apparatus. 帯溶融精製装置100に複数のアルミニウム原料10を配置した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which has arrange | positioned the several aluminum raw material 10 to the zone melting refinement apparatus 100. FIG. 帯溶融の溶解開始部からの距離と残留抵抗比のサイズ効果補正値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from the melt | dissolution start part of band melting, and the size effect correction value of residual resistance ratio. 帯溶融の溶解開始部からの距離とチタン濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from the melt | dissolution start part of band melting, and titanium concentration.

本願発明の不純物を抑制したアルミニウム材は、金属元素成分が所定量以下であるアルミニウム材である。
より詳細には、本発明は、金属35元素の合計含有量が0.45ppm以下であり、好ましくは0.05〜0.2ppmであり、より好ましくは0.05〜0.15ppmであるアルミニウム材である。
本願発明のアルミニウム材は、詳細を後述する残留抵抗比のサイズ効果補正値が70000〜100000である。
The aluminum material in which impurities of the present invention are suppressed is an aluminum material having a metal element component of a predetermined amount or less.
More specifically, the present invention relates to an aluminum material in which the total content of metal 35 elements is 0.45 ppm or less, preferably 0.05 to 0.2 ppm, more preferably 0.05 to 0.15 ppm. It is.
The aluminum material of the present invention has a residual effect ratio size effect correction value of 70,000 to 100,000, which will be described in detail later.

ここで、本明細書において用語「包晶系7元素」は、Ti,V、Cr、As、Se、Zr、Moの7つの元素を意味する。
同様に、本明細書において用語「金属35元素」は、Li、Be、B、Na、Mg、Si、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、La、Ce、Pt、Hg、Pb、Biの35元素を意味する。
また、本明細書における「ppm」は原子比で示したppmである。
In this specification, the term “peritectic seven elements” means seven elements of Ti, V, Cr, As, Se, Zr, and Mo.
Similarly, in this specification, the term “metal 35 element” means Li, Be, B, Na, Mg, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, Zn, Ga. , Ge, As, Se, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Pt, Hg, Pb, Bi.
Further, “ppm” in the present specification is ppm indicated by an atomic ratio.

次に、用語「残留抵抗比のサイズ効果補正値」について説明する。
金属等の材料の純度を示す指標として、残留抵抗比(RRR)が知られている。残留抵抗比とは、同一の材料(試料)の絶対温度4.2Kでの電気抵抗測定値と室温での電気抵抗測定値の比(室温での電気抵抗測定値を4.2Kでの電気抵抗測定値で除した値)であり、高純度アルミニウムは低温で電気抵抗が小さいために、通常、1より大きい値を示す。
残留抵抗比はアルミニウムの純度が上がるほど大きくなることが知られている。
Next, the term “residual resistance ratio size effect correction value” will be described.
A residual resistance ratio (RRR) is known as an index indicating the purity of a material such as a metal. Residual resistance ratio is the ratio of the measured electrical resistance of the same material (sample) at an absolute temperature of 4.2K to the measured electrical resistance at room temperature (the measured electrical resistance at room temperature is the electrical resistance at 4.2K). The value is divided by the measured value), and high-purity aluminum usually has a value greater than 1 because of its low electrical resistance at low temperatures.
It is known that the residual resistance ratio increases as the purity of aluminum increases.

不純物含有量が10ppm以下のような高純度アルミニウムでは、測定試料表面での電子散乱に起因する残留抵抗比の測定値の低下が無視できなくなり、同じ不純物含有量であっても測定試料形状により残留抵抗比の値が変化する。
この現象はサイズ効果と呼ばれ、その影響について理論的な計算がなされている。残留抵抗比の測定値からサイズ効果による影響を取り除き、すなわち測定試料寸法に依存しないバルク状態での残留抵抗比を評価するための計算方法が、Y.Ueda,J.Sci.Hiroshima Univ.,Ser.A,47(1984)p.305−340に示されている。
そこで、本願発明者らは、この計算式を用いて残留抵抗比のサイズ効果補正値(サイズ効果を補正した残留抵抗比)を得た。なお、本願明細書では、特に断らない限り、この計算式を用いて求めた残留抵抗比のサイズ効果補正値を簡単のため「残留抵抗比」と記載する。
With high-purity aluminum with an impurity content of 10 ppm or less, the decrease in the measured value of the residual resistance ratio due to electron scattering on the surface of the measurement sample cannot be ignored, and even if the impurity content is the same, it remains depending on the shape of the measurement sample. The resistance ratio value changes.
This phenomenon is called the size effect, and its effect has been calculated theoretically. A calculation method for removing the influence of the size effect from the measured value of the residual resistance ratio, that is, for evaluating the residual resistance ratio in the bulk state independent of the measurement sample size is disclosed in Y.S. Ueda, J .; Sci. Hiroshima Univ. , Ser. A, 47 (1984) p. 305-340.
Therefore, the inventors of the present application obtained a size effect correction value (residual resistance ratio corrected for the size effect) of the residual resistance ratio using this calculation formula. In the present specification, unless otherwise specified, the size effect correction value of the residual resistance ratio obtained using this calculation formula is described as “residual resistance ratio” for simplicity.

本願発明に係るアルミニウム材は、好ましくは、チタン(Ti)の含有量が0.02ppm以下である。より好ましくは0.01〜0.05pmである。   The aluminum material according to the present invention preferably has a titanium (Ti) content of 0.02 ppm or less. More preferably, it is 0.01-0.05pm.

本願発明者は、アルミニウム中の不純物を帯溶融精製(zone melting process)により除去する際に、不純物がボートから加熱したアルミニウム中に拡散するのを防止するために、アルミニウムが配置されるボートの表面に予めアルミナ層を形成し、かつ溶融したアルミニウムからの不純物の分離を確実に行うために帯溶融精製を、溶融部の移動速度を毎時40mm以下、好ましくは毎時30mm以下と小さくすることで上述の本願発明に係るアルミニウム材を得ることができることを見出した。   The inventor of the present application, when removing impurities in aluminum by a zone melting process, in order to prevent the impurities from diffusing from the boat into the heated aluminum, the surface of the boat on which the aluminum is disposed In order to ensure the separation of impurities from the molten aluminum in advance, the zone melting refining is carried out by reducing the moving speed of the molten part to 40 mm / hour or less, preferably 30 mm / hour or less. It has been found that an aluminum material according to the present invention can be obtained.

さらに帯溶融精製をアルゴンガス、窒素ガス等の不活性雰囲気下で行うことが好ましく、減圧下(真空中)で行うことがより好ましいことを見出した。
減圧については、好ましくは圧力を3×10−5Pa以下とし、さらに好ましくは圧力を3×10−6Pa以上、2×10−5Pa以下とする。
Furthermore, it has been found that zone melting purification is preferably performed in an inert atmosphere such as argon gas or nitrogen gas, and more preferably performed under reduced pressure (in a vacuum).
About pressure reduction, Preferably a pressure shall be 3 * 10 < -5 > Pa or less, More preferably, a pressure shall be 3 * 10 < -6 > Pa or more and 2 * 10 < -5 > Pa or less.

以下に本願に係るアルミニウム材の製造方法の詳細を示す。   The detail of the manufacturing method of the aluminum material which concerns on this application is shown below.

アルミニウム原料:
詳細を後述する帯溶融精製時にその一部分に溶融した溶融部を形成して不純物を除去するアルミニウム原料として、純度5N(99.999%以上、原子比)から6N(99.9999%以上、原子比)のアルミニウムを使用するのが好ましい。
アルミニウム材の純度を予め高めておくことにより、帯溶融精製をより効率的に行えるからである。
Aluminum raw material:
As an aluminum raw material for removing impurities by forming a molten part melted in a part of the zone melt refining described later in detail, purity from 5N (99.999% or more, atomic ratio) to 6N (99.9999% or more, atomic ratio) It is preferable to use aluminum).
This is because zone melting and refining can be performed more efficiently by increasing the purity of the aluminum material in advance.

このような純度5Nから6Nのアルミニウムは、比較的純度の低い市販のアルミニウム(例えば純度99.9%のJIS−H2102の特1種程度のグレード)を精製することによって得ることができる。
精製方法としては、特に制限されないが、好ましくは、三層電解法による精製と、一方向凝固法による精製との両方が用いられる。
三層電解法による精製と一方向凝固法による精製の実施順序は特に制限されないが、通常は、三層電解法で精製し、その後、一方向凝固法で精製される。また、三層電解法による精製と一方向凝固法による精製は、例えば、交互に繰り返し行ってもよく、またいずれか一方もしくは両方を各々繰り返し行ってもよい。
Such aluminum having a purity of 5N to 6N can be obtained by purifying commercially available aluminum having a relatively low purity (for example, a special grade of JIS-H2102 having a purity of 99.9%).
Although it does not restrict | limit especially as a purification method, Preferably, both the refinement | purification by a three-layer electrolysis method and the refinement | purification by a unidirectional solidification method are used.
The order of performing the purification by the three-layer electrolysis method and the purification by the unidirectional solidification method is not particularly limited, but the purification is usually performed by the three-layer electrolysis method and then the unidirectional solidification method. Further, the purification by the three-layer electrolysis method and the purification by the unidirectional solidification method may be repeated alternately, for example, or either one or both may be repeated.

なお、三層電解法による精製および一方向凝固法による精製の具体的な手法や条件などは、当該技術分野で通常行われている方法や条件等を適宜採用すればよい。
得られたアルミニウム原料は、後述の前処理、真空溶解に適した形状に加工することができる。アルミニウム原料の形状はペレット、棒、板、ブロック状などである。
As specific methods and conditions for purification by the three-layer electrolysis method and purification by the unidirectional solidification method, methods and conditions that are usually performed in the technical field may be adopted as appropriate.
The obtained aluminum raw material can be processed into a shape suitable for pretreatment and vacuum melting described later. The shape of the aluminum raw material is pellets, bars, plates, blocks, and the like.

前処理:
アルミニウム原料は、帯溶融精製に供せられる前に、好ましくは前処理が行なわれる。大気雰囲気中で表面に生じた酸化膜等およびアルミニウム原料を加工する際にその表面に付着した不純物元素を予め除去することで帯溶融精製をより効率的に行えるからである。
Preprocessing:
The aluminum raw material is preferably pretreated before being subjected to zone melting purification. This is because, when an oxide film or the like generated on the surface in the air atmosphere and the aluminum raw material are processed, the impurity element adhering to the surface is removed in advance so that the band melting purification can be performed more efficiently.

前処理の方法は特に限定されるものでなく、アルミニウム原料の表面層を除去するために当該技術分野で用いられている各種の処理を用いることができる。
前処理として、例えば酸処理、電解研磨などが挙げられる。
The pretreatment method is not particularly limited, and various treatments used in the technical field for removing the surface layer of the aluminum raw material can be used.
Examples of the pretreatment include acid treatment and electrolytic polishing.

好適な酸処理の例として、以下の条件でアルミニウム原料を酸に浸漬してよい。
酸の種類および濃度: 純水で希釈した約20%塩酸水溶液
温度: 20℃〜40℃
時間: 1〜5時間
As an example of a suitable acid treatment, the aluminum raw material may be immersed in an acid under the following conditions.
Acid type and concentration: Approximately 20% aqueous hydrochloric acid solution diluted with pure water Temperature: 20 ° C to 40 ° C
Time: 1-5 hours

好適な電解研磨の例として以下の条件を挙げることができる。
電解研磨液: 過塩素酸およびエタノール1:6混合液
温度: 19〜23℃
電圧: 25V(定電圧電解)
時間: 1〜10分
Examples of suitable electropolishing include the following conditions.
Electropolishing liquid: Perchloric acid and ethanol 1: 6 liquid mixture Temperature: 19-23 ° C
Voltage: 25V (constant voltage electrolysis)
Time: 1-10 minutes

帯溶融精製:
アルミニウム原料の不純物を除去し、目的の不純物レベルに到達したアルミニウム材を得るために帯溶融精製(帯溶融法)を行う。
帯溶融精製は、ボート上に配置したアルミニウム原料の一部分にアルミニウムが溶融した溶融部を形成し、この溶融部を所定の方向に移動させることにより行う。
以下に帯溶融精製の詳細を示す。
Zone melt purification:
In order to remove the impurities of the aluminum raw material and obtain an aluminum material that has reached the target impurity level, zone melting purification (zone melting method) is performed.
The zone melting and refining is performed by forming a molten portion in which aluminum is melted in a part of the aluminum raw material disposed on the boat and moving the molten portion in a predetermined direction.
The details of zone melt purification are shown below.

・ボート上のアルミナ層の形成
使用するボートは、帯溶融法で通常使用可能な各種のボートが使用可能である。このようなボートの例として、ステンレス鋼より成るボート、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)またはこれら金属の炭化物より成るボートおよびアルミナより成るボートがある。
好適なボートはグラファイトボートである。高純度で大型の素材が容易に入手でき、また真空中およびアルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気中で安定であり、溶融アルミニウムとも反応しないためである。
-Formation of alumina layer on boat Various types of boats that can be normally used in the zone melting method can be used. Examples of such boats include boats made of stainless steel, boats made of tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) or carbides of these metals, and boats made of alumina.
A suitable boat is a graphite boat. This is because a high-purity and large-sized material can be easily obtained, is stable in vacuum and in an inert gas atmosphere such as argon and nitrogen, and does not react with molten aluminum.

そして、ボートの上にアルミナを塗布して、アルミナ層を形成してよい。アルミナ層はボートの全面に形成してもよいが、アルミニウム原料が配置される原料配置部にのみ形成してもよい。
アルミナ層の塗布はアルミナ粉末を有機溶剤等の液体中に分散させ、このアルミナ粉末を含む液体をボートに塗布した後、液体を蒸発させることにより行ってもよい。また、アルミナの固体粉末を直接ボート表面に塗布してもよい。後者の方が、より簡便に塗布できるため好ましい。
Then, alumina may be applied on the boat to form an alumina layer. Although the alumina layer may be formed on the entire surface of the boat, it may be formed only on the raw material placement portion where the aluminum raw material is placed.
The alumina layer may be applied by dispersing alumina powder in a liquid such as an organic solvent, applying a liquid containing the alumina powder to a boat, and then evaporating the liquid. Alternatively, alumina solid powder may be applied directly to the boat surface. The latter is preferred because it can be applied more easily.

アルミナ層は帯溶融を行って得られたアルミニウム材を取り出しやすくする離型剤の働きに加えて、ボートから不純物元素がアルミニウム材に侵入するのを防止する働きがある。アルミナからの不純物の侵入を防止するように、塗布するアルミナは例えば住友化学株式会社製高純度アルミナ粉末AKPシリーズ(純度99.99%)のような高純度のアルミナが好ましい。
従って、アルミニウム原料はボートのアルミナ層以外の部分とは接触しないように配置されるのが好ましい。
The alumina layer has a function of preventing an impurity element from entering the aluminum material from the boat, in addition to the function of a release agent that makes it easy to take out the aluminum material obtained by band melting. The alumina to be applied is preferably high-purity alumina such as high-purity alumina powder AKP series (purity 99.99%) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. so as to prevent impurities from entering from the alumina.
Therefore, it is preferable that the aluminum raw material is disposed so as not to come into contact with portions other than the alumina layer of the boat.

アルミナ層を形成した後、ボートは好ましくは不活性ガスまたは真空中(減圧下)でベーキングされる。ボートおよびアルミナ層に付着している水分や不純物成分を高温でかつ真空または不活性ガス雰囲気で除去するためである。ベーキングは真空熱処理炉や雰囲気熱処理炉を用いることができる。またベーキングは、帯溶融に用いるチャンバー内で高周波加熱にて行っても良く、高周波加熱コイルを30〜200mm/時間程度の移動速度にて移動させるのが好ましい。   After forming the alumina layer, the boat is preferably baked in an inert gas or vacuum (under reduced pressure). This is because moisture and impurity components adhering to the boat and the alumina layer are removed at a high temperature in a vacuum or an inert gas atmosphere. For the baking, a vacuum heat treatment furnace or an atmospheric heat treatment furnace can be used. Baking may be performed by high-frequency heating in a chamber used for band melting, and the high-frequency heating coil is preferably moved at a moving speed of about 30 to 200 mm / hour.

・アルミニウム原料の配置
上述したボートのアルミナ層上にアルミニウム原料を配置する。アルミニウム原料は、その形状にもよるが1本または複数本配置される。アルミニウム原料の形状(複数本用いる場合は合わせた形状)は、棒状が好ましく、また概ね四角柱あるいは円柱が簡便で好ましいが他の形状でもよい。
このアルミニウム原料の形状を断面(溶融部の移動方向に垂直な断面)が正方形の四角柱とみなしたとき、正方形の一辺をw(アルミニウム原料の断面寸法と呼ぶこととする。従って、断面寸法wはアルミニウム原料の断面積の平方根に相当する。)、四角柱の長さ(溶融部の移動方向に平行な方向の長さ)をLとすると、Lはw×30以上、w×100以下であることが好ましい。Lがw×30未満では十分な精製効果が得られない場合があり、またLがw×100を越えると精製に長い時間が必要となり、効率的でないためである。
-Arrangement | positioning of aluminum raw material An aluminum raw material is arrange | positioned on the alumina layer of the boat mentioned above. One or more aluminum raw materials are arranged depending on the shape. The shape of the aluminum raw material (a combined shape when a plurality of aluminum raw materials are used) is preferably a rod shape, and generally a quadrangular prism or a cylinder is preferable because it is simple, but other shapes may be used.
When the shape of the aluminum raw material is regarded as a quadrangular column whose cross section (cross section perpendicular to the moving direction of the molten portion) is a square column, one side of the square is called w (the cross sectional dimension of the aluminum raw material. Is equivalent to the square root of the cross-sectional area of the aluminum raw material), and when the length of the quadrangular column (the length in the direction parallel to the moving direction of the melted portion) is L, L is w × 30 or more and w × 100 or less. Preferably there is. If L is less than w × 30, a sufficient purification effect may not be obtained, and if L exceeds w × 100, purification takes a long time and is not efficient.

また、複数本のアルミニウム原料を用いる場合、長手方向(後述する溶融部が移動する方向)に複数のアルミニウム原料を配置してもよい。   Further, when a plurality of aluminum raw materials are used, a plurality of aluminum raw materials may be arranged in the longitudinal direction (the direction in which a molten portion described later moves).

・帯溶融
本願発明では、アルミニウム表面の酸化を抑制するように、好ましくは、帯溶融をアルゴンガス、窒素ガス等の不活性雰囲気下で行い、より好ましくは減圧下(真空下)で行う。
減圧については、好ましくは圧力を3×10−5Pa以下とし、さらに好ましくは圧力を3×10−6Pa以上かつ2×10−5Pa以下とする。
圧力が高い(真空度が低い)と不純物成分が十分に除去されない場合があるためである。また圧力が低い(真空度が高い)ほど好ましいが、圧力が低すぎると設備が過剰となり、経済性が悪い。
このような高真空(低い圧力への減圧)は、アルミニウム原料が配置された上述のボートが内部に配置されているチャンバの排気を、例えばターボ分子ポンプと油回転ポンプとの両方を用いて行うことで実現できる。これ以外にも油拡散ポンプおよびクライオポンプ等を他の真空ポンプと組み合わせて排気する方法も好ましい。
-Band melting In this invention, in order to suppress the oxidation of the aluminum surface, Preferably, band melting is performed in inert atmosphere, such as argon gas and nitrogen gas, More preferably, it is performed under reduced pressure (vacuum).
About pressure reduction, Preferably a pressure shall be 3 * 10 < -5 > Pa or less, More preferably, a pressure shall be 3 * 10 < -6 > Pa or more and 2 * 10 < -5 > Pa or less.
This is because the impurity component may not be sufficiently removed when the pressure is high (the degree of vacuum is low). Also, the lower the pressure (the higher the degree of vacuum), the better. However, if the pressure is too low, the equipment becomes excessive and the economy is poor.
Such a high vacuum (reduced pressure to a low pressure) is performed using, for example, both a turbo molecular pump and an oil rotary pump to evacuate the chamber in which the above-described boat in which the aluminum raw material is disposed is disposed. This can be achieved. In addition to this, a method of exhausting an oil diffusion pump, a cryopump, or the like in combination with another vacuum pump is also preferable.

そして、ボート上に配置したアルミニウム原料の一部分にアルミニウムが溶融した溶融部を形成する。溶融部の形成にはアルミニウム原料の一部のみを加熱する必要があることから、好ましくは高周波加熱(高周波誘導加熱)により行う。例えばアルミニウム原料の一部分のみが高周波コイルの内側になるように配置することで高周波コイルの内側に溶融部を形成することができる。
これ以外にも抵抗加熱により加熱してもよい。抵抗加熱する部分を移動させることで溶融部を容易に移動できるからである。
And the molten part which aluminum fuse | melted is formed in a part of aluminum raw material arrange | positioned on a boat. Since it is necessary to heat only a part of the aluminum raw material to form the melted portion, it is preferably performed by high frequency heating (high frequency induction heating). For example, a molten part can be formed inside a high frequency coil by arrange | positioning so that only a part of aluminum raw material may be inside a high frequency coil.
Besides this, it may be heated by resistance heating. This is because the melting part can be easily moved by moving the resistance heating part.

アルミニウムの帯溶融精製では、表面の酸化皮膜形成等を防止するために真空中で帯溶融を行うことがあったが、従来、真空度は10−4〜10−2Pa程度と低いものであった(例えば、Noe'Cheungらによる"Experimental impurity segregation and numerical analysis based on variable solute distribution coefficients during multi-pass zone refining of aluminum" Journal of Crystal Growth 310 (2008) 1274/1280 およびS.Hauttmannらによる"SiC formation and influence on the morphology of polycrystalline silicon thin films on graphite substrates produced by zone melting recrystallization")。 In the zone melting and refining of aluminum, zone melting was sometimes performed in vacuum in order to prevent the formation of an oxide film on the surface. Conventionally, the degree of vacuum was as low as about 10 −4 to 10 −2 Pa. (For example, “Experimental impurity segregation and numerical analysis based on variable solute distribution coefficients during multi-pass zone refining of aluminum” by Noe'Cheung et al. Journal of Crystal Growth 310 (2008) 1274/1280 and “SiC by S. Hauttmann et al. formation and influence on the morphology of laminated silicon thin films on graphite substrates produced by zone melting recrystallization ").

しかし、本願発明者は上述のように高真空(圧力3×10−5Pa以下)で行うことにより、より高純度のアルミニウム材を得ることができることを見出した。
本発明の範囲を制限するものではない、本願発明者らが考えるメカニズムは、このように高真空中で帯溶融を行うことで、溶融部から液相部および固相部に不純物をはき出すという従来の帯溶融のメカニズムと、高真空下での真空精製(精錬)のメカニズムと、が同時に複合的に機能することで、従来にない高純度が達成できるというものである。したがって、真空精製で用いられる極めて高い真空度に比べて低い真空度であっても、帯溶融精製では二つの作用が同時に複合的に作用するために、高い精製効果が得られると考えられる。
However, the inventor of the present application has found that a high-purity aluminum material can be obtained by performing in a high vacuum (pressure 3 × 10 −5 Pa or less) as described above.
The mechanism considered by the inventors of the present invention, which does not limit the scope of the present invention, is the conventional method of extruding impurities from the melted portion to the liquid phase portion and the solid phase portion by performing zone melting in such a high vacuum. By combining the mechanism of melting of steel and the mechanism of vacuum refining (smelting) under high vacuum at the same time, an unprecedented high purity can be achieved. Accordingly, even if the degree of vacuum is lower than that of the extremely high degree of vacuum used in vacuum purification, it is considered that a high purification effect can be obtained because two actions act simultaneously in combination in zone melting purification.

溶融部の温度は660℃以上900℃以下であることが好ましい。温度が660℃より低いとアルミニウムが凝固し、十分な精製効果が得られない場合があり、温度が900℃より高いと、ボートや高周波コイル周辺部材の温度が上昇し、アルミニウム蒸気や発生ガスにより十分な精製ができない場合があるからである。また、温度が900℃より高いとボートに用いた黒鉛と反応する場合があるからである。   The temperature of the melting part is preferably 660 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. If the temperature is lower than 660 ° C., the aluminum may solidify and a sufficient purification effect may not be obtained. If the temperature is higher than 900 ° C., the temperature of the peripheral member of the boat or the high-frequency coil rises, and the aluminum vapor or generated gas causes This is because sufficient purification may not be possible. Further, if the temperature is higher than 900 ° C., it may react with the graphite used in the boat.

溶融部を所定の温度まで加熱する昇温は装置に依存するが、20分以上で行うことが望ましい。昇温が速いほうが、生産性が高くなるが、速過ぎるとアルミニウムより放出される成分により真空度が急激に悪化して真空排気装置のトラブルを生じたり、溶融部が急激に拡大して溶融領域の制御が困難になる恐れがあるからである。   Although the temperature rise for heating the melting part to a predetermined temperature depends on the apparatus, it is desirable to carry out in 20 minutes or more. The faster the temperature rises, the higher the productivity will be. However, if the temperature is too fast, the vacuum will deteriorate rapidly due to the components released from the aluminum, causing troubles in the evacuation system, and the melting part will expand rapidly, resulting in a melting region. This is because it may be difficult to control.

溶融帯幅(溶融部の移動方向に沿った長さ)は、装置等の条件にも依存するが30mm以上120mm以下が好ましく、50〜100mmがより好ましい。
この理由について説明する。
広い溶融帯幅を得るためには、例えば、高周波コイル等の溶融部を加熱する手段の出力を大きくすることが、通常行われる。従って、120mmを超える溶融帯幅を得るように加熱手段の出力を大きくすると、溶融部(溶融帯)の中心部の温度が融点よりもかなり高くなり、雰囲気や周辺部材からの汚染が生じやすくなる。
また溶融帯幅が30mmより狭い場合、試料形状の不均一に起因する溶融帯幅の時間的変動が大きくなりやすく、極端な場合には溶融部が凝固し(フリーズと呼ばれる)、精製効果が低減する。
従って、フリーズを生じない安定した溶融部を形成するとともに、汚染を抑制して良好な精製結果を得るためには、溶融帯幅が前述の範囲内であることが好ましい。
また、最適な溶融帯幅はアルミニウム原料の寸法に依存するため、アルミニウム原料の断面寸法wに対して、w×1.5以上、w×6以下を満たすことが更により好ましい。溶融帯幅が、120mmまたはw×6より大きいと上述のように、溶融部の中心部の温度が融点よりもかなり高くなり、雰囲気や周辺部材からの汚染が生じやすくなる。
一方、溶融帯幅が、30mmまたはw×1.5より小さいと、上述のように溶融帯幅の制御が難しく、溶融部が急激に縮小または凝固する場合がある。
溶融帯幅は、後述する帯溶融精製装置100のように高周波誘導加熱により溶融部を加熱する場合には高周波コイル出力を適正な値にすることにより、また抵抗加熱により溶融部を加熱する場合には溶融部に流す電流を適正な値にすることにより所望の値となるように制御できる。
Although the melt zone width (length along the moving direction of the melted part) depends on conditions such as the apparatus, it is preferably 30 mm or more and 120 mm or less, and more preferably 50 to 100 mm.
The reason for this will be described.
In order to obtain a wide melting zone width, for example, it is usually performed to increase the output of a means for heating a melting portion such as a high-frequency coil. Therefore, when the output of the heating means is increased so as to obtain a melt zone width exceeding 120 mm, the temperature at the center of the melt zone (melt zone) becomes considerably higher than the melting point, and contamination from the atmosphere and surrounding members is likely to occur. .
In addition, when the melting zone width is narrower than 30 mm, the temporal fluctuation of the melting zone width due to the non-uniformity of the sample shape tends to increase, and in the extreme case, the melting zone is solidified (called freeze) and the purification effect is reduced. To do.
Therefore, in order to form a stable melting portion that does not cause freezing, and to suppress contamination and obtain a good purification result, it is preferable that the melting zone width is in the above-mentioned range.
Moreover, since the optimal melting zone width depends on the dimension of the aluminum material, it is even more preferable that w × 1.5 or more and w × 6 or less are satisfied with respect to the cross-sectional dimension w of the aluminum material. When the melting zone width is larger than 120 mm or w × 6, as described above, the temperature of the central portion of the melting portion becomes considerably higher than the melting point, and contamination from the atmosphere and peripheral members is likely to occur.
On the other hand, if the melt zone width is smaller than 30 mm or w × 1.5, it is difficult to control the melt zone width as described above, and the melted portion may be rapidly reduced or solidified.
When the melting zone is heated by high-frequency induction heating as in the zone melting purification apparatus 100 described later, the melting zone width is set by setting the high-frequency coil output to an appropriate value and when the melting zone is heated by resistance heating. Can be controlled to a desired value by setting the current flowing through the melting portion to an appropriate value.

次にアルミニウム溶融部の幅(溶融帯幅)を所定の値とした後、溶融部を所定の位置まで移動させる。アルミニウム原料の形状が棒状の場合、通常、溶融部の移動は、アルミニウム原料の長手方向の一方の端から他方の端まで行う。また溶融部の移動はアルミニウム原料または高周波コイルの少なくとも一方を移動して、アルミニウム原料の加熱されている部分を移動させることにより行うことができる。   Next, after making the width | variety (melting zone width | variety) of an aluminum fusion part into a predetermined value, a fusion | melting part is moved to a predetermined position. When the shape of the aluminum raw material is rod-shaped, the molten part is usually moved from one end to the other end in the longitudinal direction of the aluminum raw material. The melting part can be moved by moving at least one of the aluminum raw material or the high-frequency coil and moving the heated part of the aluminum raw material.

本願発明者は、溶融部の移動速度を制御することで、高純度のアルミニウム材を得ることができることを見出した。
具体的には、溶融部の移動速度を毎時40mm以下、より好ましくは毎時30mm以下とすることで、残留抵抗比を70000以上(70000〜100000)と顕著に向上できることを見出した。そして、金属35元素の合計含有量についても0.45ppm以下に制御できる。
さらに、溶融部の移動速度を毎時40mm以下、より好ましくは毎時30mm以下とすることにより、不純物元素であるチタン(Ti)の濃度を顕著に減少できることを見出した。
The inventor of the present application has found that a high-purity aluminum material can be obtained by controlling the moving speed of the melting part.
Specifically, it has been found that the residual resistance ratio can be remarkably improved to 70000 or more (70000 to 100,000) by setting the moving speed of the melted portion to 40 mm or less, more preferably 30 mm or less. And the total content of the metal 35 elements can also be controlled to 0.45 ppm or less.
Furthermore, it has been found that the concentration of titanium (Ti), which is an impurity element, can be significantly reduced by setting the moving speed of the melted portion to 40 mm or less, more preferably 30 mm or less.

溶融部の移動速度を毎時40mm以下にすることで、残量抵抗比をより顕著に向上させ、またチタンの濃度を顕著に減少にさせるメカニズムについては、明確には判っていないが、本願発明らが推測するメカニズムは以下の通りである。
つまり、チタンを含む一部の元素が凝固界面で固体に取り込まれる割合は、平衡状態図から決まる分配係数のみではなく凝固界面移動速度とも関係しており、凝固界面移動速度が小さいほど固体に取り込まれる割合が向上する作用が大きいと推測される。
そして、溶融部の移動速度を毎時30mm以下とすることでこのメカニズムはよりいっそう確実に機能するものと考えられる。
また、このメカニズムから考えると溶融部の移動速度は毎時10mm以上であることが好ましい。
すなわち、凝固界面移動速度が十分小さくなれば、溶融部近傍は平衡状態で説明でき、精製効率は平衡状態図から決まる分配係数にほぼ支配される。従って、移動速度が十分に小さい範囲、具体的には毎時10mm程度より小さい範囲では、取り込み割合はほぼ一定になると考えられる。溶融部の移動速度が10mmより小さくなると、精製時間が長くなり、周辺部材からの汚染の影響が大きくなりやすく、またアルミニウム原料の一端に移動した(精製された)元素が固相内で拡散することで精製効果が低くなる場合があると考えられる。
The mechanism for making the residual resistance ratio more remarkably improved and the concentration of titanium remarkably reduced by making the moving speed of the melted portion 40 mm or less is not clearly understood, but the present invention is not clear. The mechanism that is assumed is as follows.
In other words, the rate at which some elements including titanium are taken into the solid at the solidification interface is related not only to the distribution coefficient determined from the equilibrium diagram but also to the solidification interface movement speed. It is presumed that the effect of improving the ratio is great.
And it is thought that this mechanism functions more reliably by setting the moving speed of the melting part to 30 mm or less per hour.
Considering this mechanism, it is preferable that the moving speed of the melted portion is 10 mm or more per hour.
In other words, if the solidification interface moving speed becomes sufficiently small, the vicinity of the melting part can be explained in an equilibrium state, and the purification efficiency is almost governed by the distribution coefficient determined from the equilibrium diagram. Accordingly, it is considered that the capturing rate is substantially constant in a range where the moving speed is sufficiently small, specifically, a range smaller than about 10 mm per hour. If the moving speed of the molten part is less than 10 mm, the purification time becomes longer, the influence of contamination from surrounding members tends to increase, and the element that has moved (purified) to one end of the aluminum raw material diffuses in the solid phase. It is considered that the purification effect may be reduced.

なお、上述のメカニズムは、現在までに得られた知見に基づいて、本願発明らが、推定したものであり、本願発明の技術的範囲を制限することを意図したものではないことに留意されたい。
また、帯溶融を複数パス行う場合、通常、溶融部の移動方向は、全てのパスで同じ方向である。
It should be noted that the mechanism described above is estimated by the present invention based on the knowledge obtained up to now, and is not intended to limit the technical scope of the present invention. .
In addition, when a plurality of passes of band melting are performed, the moving direction of the melting portion is usually the same in all passes.

帯溶融(帯溶融精製)は、例えば、横型の高周波加熱式の装置などを使って行うことができる。帯溶融精製装置チャンバの内部に配置されたボートにアルミニウム原料を入れ、チャンバ内を密閉して排気装置により減圧した後、アルミニウム原料を高周波加熱により加熱し、アルミニウム原料の長手方向の一方の端部近傍を溶融し溶融部を形成する。   Zone melting (zone melting purification) can be performed using, for example, a horizontal high-frequency heating type apparatus. The aluminum raw material is put into a boat disposed inside the zone melting purification apparatus chamber, the inside of the chamber is sealed and the pressure is reduced by the exhaust device, and then the aluminum raw material is heated by high-frequency heating, and one end of the aluminum raw material in the longitudinal direction The vicinity is melted to form a melted part.

図1は、帯溶融精製装置の一例である帯溶融精製装置100を示す断面図である。
一方の端部がシールされ他方が真空ポンプ(排気装置)20に繋がる真空チャンバ14が、その長手方向が水平になるように配置されている。
真空チャンバ14は、好ましくはその内部を視認できるように石英等の透明な材料より成る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a zone melt purification apparatus 100 which is an example of a zone melt purification apparatus.
A vacuum chamber 14 having one end sealed and the other connected to a vacuum pump (exhaust device) 20 is arranged so that its longitudinal direction is horizontal.
The vacuum chamber 14 is preferably made of a transparent material such as quartz so that the inside thereof can be visually recognized.

真空チャンバ14の内部にはグラファイトボート16が配置されている。グラファイトボート16の原料配置部はアルミナ層18により覆われている。そして、アルミナ層18を介して、グラファイトボート16の原料配置部にアルミニウム原料10が配置されている。   A graphite boat 16 is disposed inside the vacuum chamber 14. The raw material placement portion of the graphite boat 16 is covered with an alumina layer 18. The aluminum raw material 10 is arranged in the raw material arrangement portion of the graphite boat 16 through the alumina layer 18.

アルミニウム原料10の一部を加熱し、溶融部10bを形成するように、真空チャンバ14を取り囲むように高周波コイル12が配置されている。高周波コイル12は図示しない高周波電源に繋がれている。
高周波コイル12は、図中の矢印の向きに移動速度毎時40mm以下、好ましくは毎時30mm以下で移動しており、これによりコイル内部に位置するアルミニウム原料10の一部を溶融して形成した溶融部10bが移動速度毎時40mm以下、好ましくは毎時30mm以下で移動する。
このように高周波コイル12が移動することで、アルミニウム原料10は、溶融部10bの前方(高周波コイル12の進行方向)に未溶融部10cを有し、溶融部10bの後方に溶融凝固部(精製部)10aを有している。
The high frequency coil 12 is disposed so as to surround the vacuum chamber 14 so as to heat a part of the aluminum raw material 10 and form the melting part 10b. The high frequency coil 12 is connected to a high frequency power source (not shown).
The high-frequency coil 12 moves in the direction of the arrow in the drawing at a moving speed of 40 mm / hour or less, preferably 30 mm / hour or less, thereby melting a part of the aluminum raw material 10 located inside the coil. 10b moves at a moving speed of 40 mm or less, preferably 30 mm or less.
By moving the high frequency coil 12 in this way, the aluminum raw material 10 has an unmelted portion 10c in front of the melting portion 10b (advancing direction of the high frequency coil 12), and a molten and solidified portion (refined) behind the melting portion 10b. Part) 10a.

図2は、帯溶融精製装置100に複数のアルミニウム原料10を配置した例を示す断面図である。複数のアルミニウム原料10が長手方向(高周波コイル12の進行方向)に、互いの端部を接触させた状態で配置されている。
図2に示す例では、まだ溶融が行われておらずアルミニウム原料10は全て未溶融部10cとなっている。
高周波コイル12を図2の左から右に(図2の4つのアルミニウム原料10の左端から右端)に移動することにより、溶融部は複数のアルミニウム原料10を横断して移動する。この結果、複数のアルミニウム原料10は1つに接合される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which a plurality of aluminum raw materials 10 are arranged in the zone melting purification apparatus 100. Several aluminum raw materials 10 are arrange | positioned in the state which mutually contacted the edge part in the longitudinal direction (advance direction of the high frequency coil 12).
In the example shown in FIG. 2, the aluminum raw material 10 has not yet been melted and is all in the unmelted portion 10 c.
By moving the high-frequency coil 12 from the left to the right in FIG. 2 (from the left end to the right end of the four aluminum raw materials 10 in FIG. 2), the molten part moves across the plurality of aluminum raw materials 10. As a result, the plurality of aluminum raw materials 10 are joined together.

高周波加熱のための高周波コイルを移動することで、溶融部を他方の端部に向けて移動させ、試料全体を帯溶融精製することができる。金属元素成分のうち包晶系成分(包晶系7元素)は溶融開始部に、共晶系成分(金属35元素から包晶系7元素を除いた28元素)は溶解終了部に濃縮する傾向があるため、アルミニウム原料の両端部を除く領域で高純度アルミニウムを得ることが可能である。   By moving the high-frequency coil for high-frequency heating, the melted part can be moved toward the other end, and the entire sample can be melt-purified. Of the metal element components, peritectic components (peritectic seven elements) tend to concentrate in the melting start portion, and eutectic components (28 elements excluding the peritectic seven elements from the metal 35 elements) tend to concentrate in the dissolution end portion. Therefore, it is possible to obtain high-purity aluminum in a region excluding both ends of the aluminum raw material.

溶融部を例えばアルミニウム原料の長手方向の一端から他端までの間のように所定の間移動させた後は、高周波加熱を終了し、溶融部を凝固させる。凝固後、アルミニウム材を切り出す(例えば両端部を切り落とす)ことにより、精製された高純度のアルミニウム材が得られる。   After the molten part is moved for a predetermined time, for example, from one end to the other end in the longitudinal direction of the aluminum raw material, the high-frequency heating is terminated and the molten part is solidified. After solidification, the aluminum material is cut out (for example, both end portions are cut off) to obtain a purified high-purity aluminum material.

長手方向(溶融部の移動方向)に複数本のアルミニウム原料を配置している場合は、長手方向のアルミニウム原料を接触させて、長手方向に1個のアルミニウム原料として、一方の端部(すなわち、複数のアルミニウム原料の端部のうち長手方向に隣接するアルミニウム原料がない2つの端部の一方)から他方の端部(すなわち、複数のアルミニウム原料の端部のうち長手方向に隣接するアルミニウム原料がない2つの端部の他方)に移動させるのが好ましい。
接触するアルミニウム原料の端部同士が帯溶融時に接合し、長い一本のアルミウム材を得ることができるからである。
In the case where a plurality of aluminum raw materials are arranged in the longitudinal direction (moving direction of the molten portion), the aluminum raw material in the longitudinal direction is brought into contact with each other as one aluminum raw material in the longitudinal direction (i.e., Among the end portions of the plurality of aluminum raw materials, one of the two end portions having no aluminum raw material adjacent in the longitudinal direction to the other end portion (that is, the aluminum raw material adjacent in the longitudinal direction among the end portions of the plurality of aluminum raw materials is It is preferable to move to the other of the two ends not present.
This is because the end portions of the aluminum raw materials that are in contact with each other are joined at the time of band melting, and a single long aluminum material can be obtained.

なお、上述したようにアルミニウム原料の一方の端から他方の端まで帯溶融(帯溶融精製)した後、再度、一方の端から他方の端まで同じ方向に帯溶融を繰り返すことができる。
繰り返し数(パス数)は通常1以上20以下である。パス数をこれ以上多くしても、精製効果の向上は限定的である。
In addition, after carrying out zone melting (band melting refinement | purification) from one end of the aluminum raw material to the other end as mentioned above, band melting can be repeated in the same direction from one end to the other end again.
The number of repetitions (number of passes) is usually 1 or more and 20 or less. Even if the number of passes is increased further, the improvement of the purification effect is limited.

包晶系7元素を効果的に精製するため、パス数は3以上が好ましく、5以上がさらに好ましい。パス数がこれより少ないと、包晶系7元素は移動しにくいため、十分な精製効果が得られない場合がある。
また、長手方向に複数のアルミニウム原料を互いに接触させて配置した場合、パス数が3より少ないと接合後の精製材(アルミニウム材)の形状(特に高さ寸法)が不均一となって、精製中に溶融帯幅が変動して均一な精製効果が得られにくい場合があるからである。
In order to effectively purify the peritectic 7 elements, the number of passes is preferably 3 or more, more preferably 5 or more. If the number of passes is less than this, the peritectic 7 elements are difficult to move, and thus a sufficient purification effect may not be obtained.
Also, when a plurality of aluminum raw materials are arranged in contact with each other in the longitudinal direction, if the number of passes is less than 3, the shape (particularly the height dimension) of the refined material (aluminum material) after joining becomes non-uniform and refined. This is because the melt zone width may fluctuate and a uniform purification effect may not be obtained.

金属35元素の総含有量を低減するため、ボート、高周波コイル、チャンバ内部の洗浄を行い、事前に真空中でベーキングを行い、周辺部材からの汚染を抑制することが好ましい。
鉄(Fe)と珪素(Si)と銅(Cu)の3元素は高純度アルミニウム中の主要不純物であり、精製用素材を切出準備する際に混入しやすい。これらの元素をチャンバ内に持ち込まないように、精製原料を前処理し、精製原料表面の汚染成分を除去することが好ましい。
In order to reduce the total content of the metal 35 elements, it is preferable to clean the boat, the high-frequency coil, and the inside of the chamber, and perform baking in a vacuum in advance to suppress contamination from peripheral members.
Three elements of iron (Fe), silicon (Si), and copper (Cu) are main impurities in high-purity aluminum, and are easily mixed when preparing a material for purification. In order not to bring these elements into the chamber, it is preferable to pretreat the purified raw material and remove contaminating components on the surface of the purified raw material.

得られたアルミニウム材は、標準的な精製方法では低減が困難な包晶系7元素についても十分に低減されるために、一般的に入手可能な純度3N、4N、5N等の高純度アルミニウムと比較して、不純物元素含有量がさらに少ない。
さらに、上述のように溶融部の移動速度を毎時40mm以下とすることにより、特に高い残留抵抗比および低いチタン濃度を得ることができる。
The obtained aluminum material is sufficiently reduced even for peritectic 7 elements that are difficult to reduce by standard purification methods. Therefore, generally available high purity aluminum such as 3N, 4N, 5N, etc. In comparison, the impurity element content is even lower.
Furthermore, a particularly high residual resistance ratio and a low titanium concentration can be obtained by setting the moving speed of the melted portion to 40 mm or less as described above.

そして、得られたアルミニウム材は、MBEによる半導体結晶成長用原料(成膜原料)として使用することができ、例えば高品質なAlN、AlGaNエピタキシャル層を形成(成膜)することができる。
成膜法はMBEに限定されず、アルミニウムを含有する半導体材料の成膜方法であれば、例えば、HVPE法(ハイドライド気相成長法)のような他の成膜法でも利用可能であり、これにより不純物の少ない高品質な成膜が可能である。
The obtained aluminum material can be used as a raw material for semiconductor crystal growth (film forming raw material) by MBE. For example, a high-quality AlN or AlGaN epitaxial layer can be formed (film formation).
The film forming method is not limited to MBE, and any film forming method such as HVPE (hydride vapor phase epitaxy) can be used as long as it is a method for forming a semiconductor material containing aluminum. Therefore, high quality film formation with few impurities is possible.

また、AlNおよびAlGaN等の半導体層の成膜に限定されず、AlNおよびAlGaN等のような、アルミニウムを含有する半導体のバルク単結晶の製造方法においても利用可能である。
このような半導体のバルク単結晶の製造方法の具体例として、フラックス法、昇華再結晶法、HVPE法が挙げられ、これらを含む半導体のバルク単結晶の製造方法において、本願発明のアルミニウム材を用いることでアルミニウムを含有する半導体のバルク単結晶を得ることができる。
Further, the present invention is not limited to the formation of a semiconductor layer such as AlN and AlGaN, and can be used in a method for manufacturing a bulk single crystal of a semiconductor containing aluminum, such as AlN and AlGaN.
Specific examples of such a semiconductor bulk single crystal manufacturing method include a flux method, a sublimation recrystallization method, and an HVPE method. In the semiconductor bulk single crystal manufacturing method including these, the aluminum material of the present invention is used. Thus, a semiconductor bulk single crystal containing aluminum can be obtained.

さらに、このような不純物の少ない高純度のアルミニウムは、低温での電気抵抗が少ないことから、例えば低抵抗が必要な超電導安定化材のような用途に使用することが可能である。また、超電導応用機器のような低温での熱伝達材にも使用できる。   Furthermore, such high-purity aluminum with few impurities can be used for applications such as a superconducting stabilizer that requires low resistance because of its low electrical resistance at low temperatures. It can also be used for heat transfer materials at low temperatures such as superconducting equipment.

実施例1
純度99.93%(原子比、以下同じ)のアルミニウムを三層電解法により精製して純度が99.999%以上の5Nアルミニウムを得た。この5Nアルミニウムの成分分析結果は、Si=2.4ppm、Cu=0.47ppm、Fe=0.30ppm、Mg=0.54ppm、これら以外の他の31元素(すなわち、Li、Be、B、Na、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Co、Zn、Ga、Ge、As、Se、Zr、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、La、Ce、Pt、Hg、Pb、Bi。以下、単に「31元素」という場合がある。)が0.33ppmでありこれら不純物35元素の合計が4.0ppmであった。
Example 1
Aluminum having a purity of 99.93% (atomic ratio, the same applies hereinafter) was purified by a three-layer electrolytic method to obtain 5N aluminum having a purity of 99.999% or more. The component analysis results of 5N aluminum are as follows: Si = 2.4 ppm, Cu = 0.47 ppm, Fe = 0.30 ppm, Mg = 0.54 ppm, and 31 other elements (ie, Li, Be, B, Na) , K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Co, Zn, Ga, Ge, As, Se, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Pt, Hg , Pb, Bi (hereinafter sometimes referred to simply as “31 elements”) was 0.33 ppm, and the total of these 35 impurities was 4.0 ppm.

この5Nアルミニウムを原料として、一方向凝固により精製して、純度99.9999%の6Nアルミニウムを得た。
より詳細には、黒鉛製ルツボ(内寸法:幅65mm×長さ400mm×高さ35mm)の中に1.8kgの5Nアルミニウムを原料として配置し、これを、炉体移動式管状炉の炉心管(石英製、内径100mm×長さ1000mm)の内部に収容し、1×10−2Paの減圧雰囲気にて炉体を700℃に温度制御して、5Nアルミニウムを溶解させた。その後、炉体を30mm/時間の速度で炉心管から引き抜くことにより一方の端部(凝固開始端)から他方の端部に向けて一方向に凝固させた。そして、長さ方向において凝固開始端より50mmの位置から凝固開始端より250mmの位置までを切出し、幅65mm×長さ200mm×厚さ26mmの塊状の6Nアルミニウムを得た。
This 5N aluminum was used as a raw material and purified by unidirectional solidification to obtain 6N aluminum having a purity of 99.9999%.
More specifically, 1.8 kg of 5N aluminum is disposed as a raw material in a graphite crucible (inner dimensions: width 65 mm × length 400 mm × height 35 mm), and this is used as a core tube of a furnace body moving tubular furnace. The furnace body was housed inside (made of quartz, inner diameter 100 mm × length 1000 mm), and the furnace body was temperature-controlled at 700 ° C. in a reduced pressure atmosphere of 1 × 10 −2 Pa to dissolve 5N aluminum. Then, the furnace body was solidified in one direction from one end (solidification start end) to the other end by pulling it out of the core tube at a speed of 30 mm / hour. Then, in the length direction, a portion from 50 mm from the solidification start end to 250 mm from the solidification start end was cut out to obtain massive 6N aluminum having a width of 65 mm × length of 200 mm × thickness of 26 mm.

この6Nアルミニウムの主要不純物元素含有量は、Si=0.33ppm、Fe=0.043ppm、Cu=0.059ppm(すなわち、FeとSiとCuの合計含有量が、0.43ppm)、Mg=0.11ppm、31元素=0.11ppm、これら35元素合計で0.65ppmであった。   The main impurity element content of this 6N aluminum is as follows: Si = 0.33 ppm, Fe = 0.043 ppm, Cu = 0.599 ppm (that is, the total content of Fe, Si and Cu is 0.43 ppm), Mg = 0 .11 ppm, 31 elements = 0.11 ppm, and the total of these 35 elements was 0.65 ppm.

上記で得られた6Nアルミニウム塊から、約18mm×18mm×100mmの四角柱あるいは類似形状に切削加工で切出し、純水で希釈した20%塩酸水溶液で3時間酸洗浄したアルミニウム原料を得た。   From the 6N aluminum block obtained above, an aluminum raw material was obtained by cutting into a square column of about 18 mm × 18 mm × 100 mm or a similar shape by cutting and acid cleaning with a 20% aqueous hydrochloric acid solution diluted with pure water for 3 hours.

帯溶融精製:
帯溶融精製装置の真空チャンバ(外径50mm、内径46mm、長さ1400mmの石英管)内部に、グラファイトボートを配置した。グラファイトボートの原料配置部には、住友化学株式会社製の高純度アルミナ粉末AKPシリーズ(純度99.99%)を押圧しながら塗布してアルミナ層を形成した。
Zone melt purification:
A graphite boat was placed inside a vacuum chamber (quartz tube having an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 46 mm, and a length of 1400 mm) of the zone melting purification apparatus. A high-purity alumina powder AKP series (purity: 99.99%) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was applied to the raw material placement portion of the graphite boat while being pressed to form an alumina layer.

グラファイトボートを真空下にて高周波加熱しベーキングした。
ベーキングは10−5〜10−7Paの真空中で、帯溶融に用いる高周波加熱コイル(加熱コイル巻数3、内径70mm、周波数約100kHz)にて加熱し、100mm/時間の速度でボートの一端から他端まで移動して、グラファイトボート全体を順に加熱して行った。
The graphite boat was baked by heating at high frequency under vacuum.
Baking is performed in a vacuum of 10 −5 to 10 −7 Pa using a high-frequency heating coil (heating coil winding number 3, inner diameter 70 mm, frequency about 100 kHz) used for band melting, and from one end of the boat at a speed of 100 mm / hour. It moved to the other end and the whole graphite boat was heated in order.

上記のアルミニウム原料9本、合計重量約780gを、グラファイトボートに設けた20×20×1000mmの原料配置部に配置した。アルミニウム原料は9本全体で概ね四角柱とみなせるように配置した、アルミニウム原料の断面寸法w=18mm、長さL=900mm、L=w×50であった。   Nine aluminum raw materials and a total weight of about 780 g were placed in a 20 × 20 × 1000 mm raw material placement portion provided on a graphite boat. A total of nine aluminum raw materials were arranged so that they could be regarded as square pillars in general, and the cross-sectional dimensions of the aluminum raw material were w = 18 mm, length L = 900 mm, and L = w × 50.

チャンバ内を密閉し、ターボ分子ポンプおよび油回転ポンプにより圧力が1×10−5Pa以下になるまで排気した。その後、高周波加熱コイル(高周波コイル)によりアルミニウム原料の長手方向の一端を加熱し溶融させ溶融部を形成した。
溶融部の溶融帯幅(溶融部の移動方向に沿った長さ)が約90mmとなるように高周波電源(周波数100kHz、最大出力5kW)の出力を調整した。そして高周波コイルを毎時30mmの速度で移動させ、溶融部を約900mm移動させた。このときのチャンバ内の圧力は5×10−6〜9×10−6Paであった。溶融部の温度を放射温度計にて測定した結果、660℃〜800℃であった。
The inside of the chamber was sealed and evacuated by a turbo molecular pump and an oil rotary pump until the pressure became 1 × 10 −5 Pa or less. Thereafter, one end in the longitudinal direction of the aluminum raw material was heated and melted by a high-frequency heating coil (high-frequency coil) to form a molten portion.
The output of the high frequency power source (frequency 100 kHz, maximum output 5 kW) was adjusted so that the melt zone width of the melt zone (the length along the moving direction of the melt zone) was about 90 mm. The high-frequency coil was moved at a speed of 30 mm / hour, and the melting part was moved about 900 mm. The pressure in the chamber at this time was 5 × 10 −6 to 9 × 10 −6 Pa. It was 660 degreeC-800 degreeC as a result of measuring the temperature of a fusion | melting part with the radiation thermometer.

その後、徐々に高周波出力を下げて溶融部を凝固させた。
そして、高周波コイルを溶融開始位置(最初に溶融部を形成した位置)まで移動させ、チャンバ内を真空に維持したまま、溶融開始位置で再度アルミニウム原料を加熱溶融させて溶融部を形成した。この溶融部を移動させて帯溶融精製を繰り返した。溶融帯幅約90mm、溶融部の移動速度毎時30mmでの帯溶融精製を、合計10回(10パス)実施した。溶融帯幅は精製原料の断面寸法wに対し、w×2.8〜w×3.9であった。
10パス終了後にチャンバを大気開放し、アルミニウムを取り出し、長さ約950mmの精製アルミニウム材を得た。
Thereafter, the high frequency output was gradually lowered to solidify the melted portion.
Then, the high-frequency coil was moved to the melting start position (the position where the melted portion was first formed), and the aluminum raw material was heated and melted again at the melting start position while the inside of the chamber was maintained at a vacuum to form a melted portion. This melting portion was moved to repeat the zone melting purification. A total of 10 melt melts (10 passes) were performed at a melt zone width of about 90 mm and a moving speed of the melt zone of 30 mm per hour. The melting zone width was w × 2.8 to w × 3.9 with respect to the cross-sectional dimension w of the refined raw material.
After 10 passes, the chamber was opened to the atmosphere, aluminum was taken out, and a purified aluminum material having a length of about 950 mm was obtained.

得られたアルミニウム材を切出して組成分析を行った結果を表1に示す。組成分析はグロー放電質量分析法(サーモエレクトロン社製VG9000を使用)により行った。組成分析用サンプルは、溶融開始端から90mm、210mm、330mm、450mm、570mm、690mm、810mmの7箇所より採取した。   Table 1 shows the results of cutting out the obtained aluminum material and analyzing the composition. The composition analysis was performed by glow discharge mass spectrometry (using VG9000 manufactured by Thermo Electron). Samples for composition analysis were collected from seven locations of 90 mm, 210 mm, 330 mm, 450 mm, 570 mm, 690 mm, and 810 mm from the melting start end.

Figure 2013064181
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Figure 2013064181
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アルミニウム材の溶融開始端から810mmの試料を除いた他の試料(アルミニウム材の溶融開始端から90mm、210mm、330mm、450mm、570mmおよび690mmの6試料)では、包晶系7元素(Ti、V、Cr、As、Se、Zr、Mo)の合計含有量が0.018〜0.11ppm、金属35元素の合計含有量が0.10〜0.16ppmであった。FeとSiとCuの合計含有量は0.007〜0.084ppmであった。すなわち、帯溶融精製前の上述の6Nアルミニウムと比べ、不純物が少なくなっていること、および金属35元素の合計含有量が0.2ppm以下と極めて高い純度に精製されたことが確認できた。
包晶系7元素の合計含有量(濃度)および金属35元素の合計含有量(濃度)の算出に際して、検出限界以下の濃度の元素、すなわち含有量が0.001ppm未満の元素については0.001ppmとして計算を行った。
従って、金属35元素全てが検出限界0.001ppm以下に精製された場合、金属35元素の合計含有量の計算結果は0.035ppm(0.001ppm×35)となる。しかし、全ての元素を検出限界以下に低減することは技術的に困難であり、特に包晶系7元素が残留しやすいことを考慮すると、現在のところ、金属35元素の合計含有量を0.05ppm未満に精製することは困難であると考えられる、このことから、上述のように本願発明に係るアルミニウム材の金属35元素の合計含有量の好ましい下限値は0.05ppmである。
In other samples (six samples of 90 mm, 210 mm, 330 mm, 450 mm, 570 mm and 690 mm from the melting start end of the aluminum material) excluding the sample of 810 mm from the melting start end of the aluminum material, the peritectic system 7 elements (Ti, V , Cr, As, Se, Zr, Mo) was 0.018 to 0.11 ppm, and the total content of 35 metal elements was 0.10 to 0.16 ppm. The total content of Fe, Si and Cu was 0.007 to 0.084 ppm. That is, it was confirmed that impurities were reduced as compared with the above-mentioned 6N aluminum before zone melting purification, and that the total content of metal 35 elements was refined to an extremely high purity of 0.2 ppm or less.
When calculating the total content (concentration) of the seven peritectic elements and the total content (concentration) of the 35 metal elements, 0.001 ppm for an element having a concentration below the detection limit, that is, an element having a content of less than 0.001 ppm As a calculation.
Therefore, when all the metal 35 elements are refined to a detection limit of 0.001 ppm or less, the calculation result of the total content of the metal 35 elements is 0.035 ppm (0.001 ppm × 35). However, it is technically difficult to reduce all the elements below the detection limit. In particular, considering that the peritectic 7 elements are likely to remain, the total content of 35 elements of metal is currently set to 0. It is considered difficult to purify to less than 05 ppm. From this, the preferable lower limit of the total content of the metal 35 elements of the aluminum material according to the present invention is 0.05 ppm as described above.

アルミニウム材の溶融開始端から810mmの領域では、包晶系7元素の合計含有量は0.012ppmと極めて少ないが、金属35元素の合計含有量は2.5ppmと多かった。特にFeとSiとCuの合計含有量が2.4ppmと多く、FeとSiとCuが濃縮していた。   In the region of 810 mm from the melting start end of the aluminum material, the total content of the peritectic 7 elements was as extremely low as 0.012 ppm, but the total content of the 35 metal elements was as high as 2.5 ppm. In particular, the total content of Fe, Si, and Cu was as high as 2.4 ppm, and Fe, Si, and Cu were concentrated.

角柱形状の試料を切り出し、電解研磨により表面の加工変質層を除去し、500℃にて熱処理を行い、残留抵抗測定に供した。四端子法にて液体ヘリウム浸漬状態での電気抵抗を測定し、室温で測定した電気抵抗に対する液体ヘリウム浸漬状態での電気抵抗の比を計算してサイズ効果補正をしていない残留抵抗比を得た。次に角柱試料の寸法を測定し、その寸法値を用いてサイズ効果補正計算を行い、残留抵抗比(サイズ効果補正を行った残留抵抗比)を得た。得られた結果を図3に示す。
溶融開始端から90mmと810mmの領域を除き、残留抵抗比(サイズ効果補正値)は50000以上を示した。特に溶融開始端から450mm〜690mmの領域では、70000以上(70000〜100000の範囲)の極めて高い値を示し、極めて高い純度に精製されたことが確認できた。
また、図4には、溶融開始端からの距離とチタン濃度との間系を示す。チタン濃度は、上述のグロー放電質量分析法による組成分析で得た。溶融開始端から90mmと210mmの領域を除く領域では、チタン濃度は0.0006〜0.0135ppmと少なくなっている。
すなわち、実施例1のサンプルにおいて、両端側(溶融開始端から210mmまでの領域と溶融開始端から810mm以降の領域)を取り除くことで、本願発明の目的とする高純度アルミニウム材を得ることができる。
A prismatic sample was cut out, the surface-affected layer was removed by electropolishing, and heat treatment was performed at 500 ° C. to be used for residual resistance measurement. The electrical resistance in the liquid helium immersion state is measured by the four-terminal method, and the ratio of the electrical resistance in the liquid helium immersion state to the electrical resistance measured at room temperature is calculated to obtain the residual resistance ratio without size effect correction. It was. Next, the dimension of the prism sample was measured, and the size effect correction calculation was performed using the dimension value to obtain the residual resistance ratio (residual resistance ratio subjected to the size effect correction). The obtained results are shown in FIG.
Except for the areas of 90 mm and 810 mm from the melting start end, the residual resistance ratio (size effect correction value) was 50000 or more. In particular, in the region of 450 mm to 690 mm from the melting start end, an extremely high value of 70000 or more (in the range of 70000 to 100,000) was shown, and it was confirmed that the product was purified to an extremely high purity.
FIG. 4 shows a system between the distance from the melting start end and the titanium concentration. The titanium concentration was obtained by composition analysis by the glow discharge mass spectrometry described above. In the region excluding the 90 mm and 210 mm regions from the melting start end, the titanium concentration is as low as 0.0006 to 0.0135 ppm.
That is, in the sample of Example 1, the high-purity aluminum material targeted by the present invention can be obtained by removing both end sides (region from the melting start end to 210 mm and region from the melting start end to 810 mm and later). .

比較例1
溶融部の移動速度を毎時60mmとした以外は実施例1と同じ条件で比較例1のサンプルを作製した。実施例1と同様に帯溶融精製を10パス行って得られたアルミニウム材について評価を行った。
不純物分析用の試料は90mm、210mm、330mm、450mm、570mm、690mm、810mm、930mmの8箇所から採取した。組成分析を行った結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A sample of Comparative Example 1 was produced under the same conditions as in Example 1 except that the moving speed of the molten part was set to 60 mm / hour. In the same manner as in Example 1, the aluminum material obtained by performing 10 passes of zone melting and refinement was evaluated.
Samples for impurity analysis were collected from 8 locations of 90 mm, 210 mm, 330 mm, 450 mm, 570 mm, 690 mm, 810 mm, and 930 mm. The results of the composition analysis are shown in Table 1.

アルミニウム材の溶融開始端から930mmの試料を除いた他の試料では、包晶系7元素(Ti、V、Cr、As、Se、Zr、Mo)の合計含有量が0.033〜0.071ppm、金属35元素の合計含有量が0.10〜0.17ppmであった。FeとSiとCuの合計含有量が0.010〜0.098ppmであった。すなわち、帯溶融精製前の上述の6Nアルミニウムと比べ、不純物が少なくなっていた。   In other samples excluding the 930 mm sample from the melting start end of the aluminum material, the total content of peritectic 7 elements (Ti, V, Cr, As, Se, Zr, Mo) is 0.033 to 0.071 ppm. The total content of 35 metal elements was 0.10 to 0.17 ppm. The total content of Fe, Si and Cu was 0.010 to 0.098 ppm. That is, impurities were reduced as compared with the above-described 6N aluminum before zone melting purification.

残留抵抗比の測定試料は、溶融開始位置から90mm、210mm、330mm、450mm、570mm、690mm、810mmの7箇所から採取した。
実施例1と同じ方法でこれら7箇所から得たサンプルの残留抵抗比(残留抵抗比のサイズ効果補正値)を得た。得られた結果を図3に示す。
長さ方向の全域において、残留抵抗値が60000以下であった。
また、実施例1と同じ方法により得た、溶融開始端からの距離とチタン濃度との間系を図4に示す。
The measurement samples of the residual resistance ratio were collected from seven locations of 90 mm, 210 mm, 330 mm, 450 mm, 570 mm, 690 mm, and 810 mm from the melting start position.
Residual resistance ratios (residual resistance ratio size effect correction values) of the samples obtained from these seven locations were obtained in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in FIG.
The residual resistance value was 60000 or less in the entire region in the length direction.
FIG. 4 shows a system between the distance from the melting start end and the titanium concentration obtained by the same method as in Example 1.

比較例2
溶融部の移動速度を毎時60〜100mmとした。
具体的には、最初の3パスでは移動速度を毎時100mmとし、溶融帯幅は約70mmとした。残り7パスでは移動速度を毎時60mmとし、溶融帯幅は約50mmとした。
これ以外の精製条件は実施例1と同じにして、比較例2のサンプルを作製した。
Comparative Example 2
The moving speed of the melting part was set to 60 to 100 mm per hour.
Specifically, in the first three passes, the moving speed was 100 mm / hour and the melt zone width was about 70 mm. In the remaining 7 passes, the moving speed was 60 mm per hour and the melt zone width was about 50 mm.
Other purification conditions were the same as in Example 1, and a sample of Comparative Example 2 was produced.

残留抵抗比の測定試料および不純物分析用の試料は、溶融開始位置から30mm、150mm、270mm、390mm、510mm、630mm、750mmの7箇所から採取した。組成分析を行った結果を表2に示す。   A measurement sample of the residual resistance ratio and a sample for impurity analysis were collected from seven locations of 30 mm, 150 mm, 270 mm, 390 mm, 510 mm, 630 mm, and 750 mm from the melting start position. Table 2 shows the results of the composition analysis.

アルミニウム材の溶融開始端から750mmの試料を除いた他の試料では、包晶系7元素(Ti、V、Cr、As、Se、Zr、Mo)の合計含有量が0.042〜0.093ppm、金属35元素の合計含有量が0.097〜0.18ppmであった。FeとSiとCuの合計含有量が0.009〜0.042ppmであった。すなわち、帯溶融精製前の上述の6Nアルミニウムと比べ、不純物が少なくっているのがわかる。   In other samples excluding the sample of 750 mm from the melting start end of the aluminum material, the total content of peritectic 7 elements (Ti, V, Cr, As, Se, Zr, Mo) is 0.042 to 0.093 ppm. The total content of 35 metal elements was 0.097 to 0.18 ppm. The total content of Fe, Si and Cu was 0.009 to 0.042 ppm. That is, it can be seen that there are fewer impurities than the above-mentioned 6N aluminum before zone melting purification.

実施例1と同じ方法で、上記7箇所から得たサンプルの残留抵抗比(サイズ効果補正行った残留抵抗比)を得た。得られた結果を図3に示す。
長さ方向の全域において、残留抵抗値(サイズ効果補正値)が60000以下であった。
また、実施例1と同じ方法により得た、溶融開始端からの距離とチタン濃度との間系を図4に示す。
In the same manner as in Example 1, the residual resistance ratio (residual resistance ratio subjected to size effect correction) of the samples obtained from the seven locations was obtained. The obtained results are shown in FIG.
The residual resistance value (size effect correction value) was 60000 or less in the entire region in the length direction.
FIG. 4 shows a system between the distance from the melting start end and the titanium concentration obtained by the same method as in Example 1.

比較例3
溶融部の移動速度を毎時60〜100mmとした。
具体的には、最初の3パスでは移動速度を毎時100mmとし、溶融帯幅は約100mmとした。残り7パスでは移動速度を毎時60mmとし、溶融帯幅は約60mmとした。
これ以外の条件は実施例1と同じにして比較例2のサンプルを作製した。
Comparative Example 3
The moving speed of the melting part was set to 60 to 100 mm per hour.
Specifically, in the first three passes, the moving speed was 100 mm / hour and the melt zone width was about 100 mm. In the remaining 7 passes, the moving speed was 60 mm / hour and the melt zone width was about 60 mm.
Samples of Comparative Example 2 were prepared under the same conditions as in Example 1 except for the above.

残留抵抗比の測定試料および不純物分析用の試料は、溶融開始位置から30mm、270mm、570mmの3箇所から採取した。組成分析を行った結果を表2に示す。   The measurement sample of the residual resistance ratio and the sample for impurity analysis were collected from three locations of 30 mm, 270 mm, and 570 mm from the melting start position. Table 2 shows the results of the composition analysis.

包晶系7元素(Ti、V、Cr、As、Se、Zr、Mo)の合計含有量が0.050〜0.076ppm、金属35元素の合計含有量が0.11〜0.14ppmであった。FeとSiとCuの合計含有量が0.013〜0.017ppmであった。すなわち、帯溶融精製前の上述の6Nアルミニウムと比べ、不純物が少なくっているのがわかる。   The total content of peritectic 7 elements (Ti, V, Cr, As, Se, Zr, Mo) was 0.050 to 0.076 ppm, and the total content of 35 metals was 0.11 to 0.14 ppm. It was. The total content of Fe, Si and Cu was 0.013 to 0.017 ppm. That is, it can be seen that there are fewer impurities than the above-mentioned 6N aluminum before zone melting purification.

実施例1と同じ方法で、上記7箇所から得たサンプルの残留抵抗比(サイズ効果補正行った残留抵抗比)を得た。得られた結果を図3に示す。
長さ方向の全域において、残留抵抗値(サイズ効果補正値)が60000以下であった。
また、実施例1と同じ方法により得た、溶融開始端からの距離とチタン濃度との間系を図4に示す。
In the same manner as in Example 1, the residual resistance ratio (residual resistance ratio subjected to size effect correction) of the samples obtained from the seven locations was obtained. The obtained results are shown in FIG.
The residual resistance value (size effect correction value) was 60000 or less in the entire region in the length direction.
FIG. 4 shows a system between the distance from the melting start end and the titanium concentration obtained by the same method as in Example 1.

・残留抵抗比およびチタン濃度について
実施例1および比較例1〜3のサンプルは、いずれも帯溶融精製前と比べ、包晶系7元素の合計含有量、金属35元素の合計含有量、FeとSiとCuの合計含有量が帯溶融精製前の6Nアルミニウム材より低い領域がある程度存在しており、この部分を取り出すことで高純度のアルミニウム材を得られることが判る。
-Residual resistance ratio and titanium concentration The samples of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are all compared with those before the zone melting refining, the total content of peritectic 7 elements, the total content of 35 metals, Fe and It can be seen that there is a region where the total content of Si and Cu is lower than that of the 6N aluminum material before the zone melting refining, and that a high-purity aluminum material can be obtained by removing this portion.

さらに、実施例1のサンプルは、図3および図4に示すように、残留抵抗比およびチタン濃度について他のサンプルと比べて顕著に優れていることが判る。
すなわち、残留抵抗比については、比較例1〜3のサンプルは何れの領域のおいても60,000以下に留まっているのに対して、実施例1においては、溶融開始端から450mm〜690mmの領域で、70000以上(70000〜100000の範囲)の極めて高い値を示し、極めて高い純度に精製できたことが判る。
Furthermore, as shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the sample of Example 1 is remarkably superior to the other samples in terms of the residual resistance ratio and the titanium concentration.
That is, with respect to the residual resistance ratio, the samples of Comparative Examples 1 to 3 remained below 60,000 in any region, whereas in Example 1, 450 to 690 mm from the melting start end. In the region, it shows an extremely high value of 70,000 or more (in the range of 70,000 to 100,000), and it can be seen that it can be purified to an extremely high purity.

また、チタン濃度については、実施例1は、溶融開始端から330mm〜810mmの領域で、比較例1〜3より低い値となっている。
すなわち、溶融開始端から450mm〜690mmの領域では、実施例1のサンプルは、比較例1〜3のサンプルと比べ、残留抵抗比が高くかつチタン濃度が低くなっていることが判る。
Moreover, about the titanium density | concentration, Example 1 is a value lower than Comparative Examples 1-3 in the area | region of 330 mm-810 mm from a melting start end.
That is, in the region of 450 mm to 690 mm from the melting start end, it can be seen that the sample of Example 1 has a higher residual resistance ratio and a lower titanium concentration than the samples of Comparative Examples 1 to 3.

本発明によれば、例えば高品質な結晶成長を行うMBE等の成膜方法に用いる等の各種用途に使用可能なアルミニウム材およびその精製方法が提供される。   According to the present invention, for example, an aluminum material that can be used for various applications such as use in a film forming method such as MBE that performs high-quality crystal growth, and a purification method thereof are provided.

帯溶融精製装置 100
アルミニウム原料 10
溶融凝固部(精製部) 10a
溶融部 10b
未溶融部 10c
高周波コイル 12
真空チャンバ 14
グラファイトボート 16
アルミナ層 18
真空ポンプ 20
Zone melt refiner 100
Aluminum raw material 10
Melt solidification part (refining part) 10a
Melting part 10b
Unmelted part 10c
High frequency coil 12
Vacuum chamber 14
Graphite boat 16
Alumina layer 18
Vacuum pump 20

Claims (9)

リチウム(Li)とベリリウム(Be)とホウ素(B)とナトリウム(Na)とマグネシウム(Mg)と珪素(Si)とカリウム(K)とカルシウム(Ca)とチタン(Ti)とバナジウム(V)とクロム(Cr)とマンガン(Mn)と鉄(Fe)とニッケル(Ni)とコバルト(Co)と銅(Cu)と亜鉛(Zn)とガリウム(Ga)とゲルマニウム(Ge)とヒ素(As)とセレン(Se)とジルコニウム(Zr)とモリブデン(Mo)と銀(Ag)とカドミウム(Cd)とインジウム(In)とスズ(Sn)とアンチモン(Sb)とバリウム(Ba)とランタン(La)とセリウム(Ce)と白金(Pt)と水銀(Hg)と鉛(Pb)とビスマス(Bi)の合計含有量が原子比で0.45ppm以下であり、残留抵抗比のサイズ効果補正値が70000〜100000であることを特徴とするアルミニウム材。   Lithium (Li), beryllium (Be), boron (B), sodium (Na), magnesium (Mg), silicon (Si), potassium (K), calcium (Ca), titanium (Ti), and vanadium (V) Chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), and arsenic (As) Selenium (Se), Zirconium (Zr), Molybdenum (Mo), Silver (Ag), Cadmium (Cd), Indium (In), Tin (Sn), Antimony (Sb), Barium (Ba), and Lanthanum (La) The total content of cerium (Ce), platinum (Pt), mercury (Hg), lead (Pb), and bismuth (Bi) is 0.45 ppm or less in terms of atomic ratio. Aluminum product value is equal to or is 70,000 to 100,000. チタン(Ti)の含有量が原子比で0.02ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム材。   The aluminum material according to claim 1, wherein the content of titanium (Ti) is 0.02 ppm or less by atomic ratio. 請求項1または2のいずれか1項に記載のアルミニウム材の半導体成膜プロセスでの使用。   Use of the aluminum material according to claim 1 or 2 in a semiconductor film forming process. 請求項1または2のいずれか1項に記載のアルミニウム材の半導体バルク単結晶成長プロセスでの使用。   Use of the aluminum material according to any one of claims 1 and 2 in a semiconductor bulk single crystal growth process. アルミニウムの一部分を溶融した溶融部を形成し、該溶融部を移動させて不純物を除去する帯溶融工程を含むアルミニウム材の製造方法であって、
前記溶融部を形成するアルミニウムがアルミナ層の上に配置され、かつ前記溶融部の移動速度が毎時40mm以下であることを特徴とするアルミニウム材の製造方法。
A method for producing an aluminum material comprising a zone melting step of forming a melted portion obtained by melting a part of aluminum and moving the melted portion to remove impurities,
A method for producing an aluminum material, characterized in that the aluminum forming the molten part is disposed on the alumina layer, and the moving speed of the molten part is 40 mm or less per hour.
前記帯溶融工程を減圧下で行うことを特徴とする請求項5に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5, wherein the band melting step is performed under reduced pressure. 前記帯溶融工程を圧力3×10−6Pa〜2×10−5Paの減圧下で行うことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 6, wherein the band melting step is performed under a reduced pressure of 3 × 10 −6 Pa to 2 × 10 −5 Pa. 前記帯溶融工程を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項5に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5, wherein the zone melting step is performed in an inert gas atmosphere. 前記溶融部の移動方向に沿った長さが30〜120mmであることを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 5 to 8, wherein a length along a moving direction of the melting portion is 30 to 120 mm.
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