結晶成長炉は、均一な特性と低い欠陥密度を持つ高品質の単結晶を成長させるために使用されます。カーボライト・ゲロは、ブリッジマン・ストックバーガー法による結晶成長用の炉と装置を専門としています。
結晶材料は、半導体、光学、エレクトロニクスなどの用途における現代材料の開発をリードし、科学と産業において重要な役割を果たしている。結晶構造とは、結晶の巨視的特性に寄与する原子、イオン、分子の周期的配列の結果である。
結晶成長を理解することで、人工的に結晶を合成する技術を利用することができる。結晶の形状や配向を制御するために炉を使用したり変更したりすることで、特定の用途向けに結晶の特性を調整することが可能になる。
BV-HTRV 40-500/18：加熱長500 mm、最高温度1800°Cのブリッジマン結晶成長炉。引上げ装置は炉の上部に装備されています。
BV-HTRV 70-250/18：加熱長250 mm、最高温度1800°Cのブリッジマン結晶成長炉。プレ真空ポンプを装備。
縦型ブリッジマン管状炉 (例: BV-HTRV 40-500/18)は、1ゾーンの高温管状炉を下部に装備し、引上げ装置を上部に装備した設計です。このベースフレームはほぼすべての管状炉に利用できるため、多様な長さ、直径、温度に対応できます。ブリッジマン管状炉にはマルチゾーン炉もあり、温度プロファイルをより効果的に制御できます。
逆の設計も同様に可能です。この場合、縦型ブリッドマン炉 (すなわち BV-HTRV 70-250/18)は上部にシングルゾーンの管状炉を設置し、その下に引上げ装置を設置する設計です。管には真空密閉フランジが装備され、引き抜きには水冷シャフトが使用されます。すべての動作はポテンショメーターで制御されます。プログラミング制御装置により引き抜き速度が指定され、高速移動が可能です。
KZA-V 40-400/16-1G：ブリッジマン結晶成長炉、加熱長400 mm、最高温度1600°C、真空用3ゾーングラファイトヒーター、不活性ガス運転、全自動制御およびデータロギング。
最高2200℃の特殊ブリッジマン炉： 試料は高温領域からInGa浴中にゆっくりと引き出される。InGaは蒸気圧の低い液体金属である。このシステムでは、可能な限り高い温度勾配が可能です。
KZA-V 25-500/20：加熱長500 mm、最高温度2000°Cのブリッジマン結晶成長炉。真空および不活性ガス運転用の4ゾーングラファイトヒーター、完全自動制御およびデータロギング機能付き。
最高温度2200℃に対応する最新の真空装置は、グラファイト炉またはタングステン炉に組み込むことができます。このタイプのブリッジマン炉は、ターボ分子ポンプを使用した高真空環境下での結晶成長用に設計されています。真空レベルは10-6が可能です。炉は3つの加熱ゾーンで構成されています。炉の向きは水平、垂直、または0～90°の間で定義された角度にすることができます。可能な限り高い温度勾配を得るために、InGaバスが導入されている。
KZA-ST 400-400/16: 直径400 mm、加熱長さ400 mmのストックバーガー結晶成長炉で、最高温度1600°Cまで使用可能。
ストックバーガー法の結晶成長装置。グラファイト製の5ゾーン炉で、冷却速度を精密に制御して結晶を成長させる。
カーボライト・ゲロは、結晶成長用の炉と装置の建設を専門としている。創業者のローランド・ガイガーとゲルト・ランプレヒト博士は、シュトゥットガルトにあるマックス・プランク固体研究所の結晶成長研究所でキャリアをスタートさせました。
ブリッジマン-ストックバーガー法は、結晶成長炉で最も一般的かつ広く使用されている方法である。このプロセスでは、るつぼまたはアンプルに入れた多結晶融体を、炉内の高温ゾーンから低温ゾーンへと安定した温度勾配を横切ってゆっくりと移動させる。融液を入れたるつぼは、均質な温度プロファイルを作り出すために、移動しながら回転される。この技術の原理は、方向性凝固に基づいている。
単結晶シードを融液に接触させることで、単結晶の成長が特定の結晶方位に沿うように制御される。この結果、成長のための界面も提供される。ホットゾーンから温度が下がるにつれて、多結晶メルトが凝固する。融液全体が均一な組成を持つ固体の単結晶インゴットに変化するまで、シードがプロセスを開始する。結晶は、構造内の欠陥の可能性を最小化する、ゆっくりとした方向性のある冷却環境下で成長する。
この方法では、マルチゾーン炉を使用した傾斜凍結法も適用できます。これには、るつぼや炉の移動は必要ない。その代わり、熱供給を変えることで温度勾配が制御され、融液と結晶の界面が維持される。
引上げ速度や回転速度などの主要パラメーターは、それぞれ0.03～50mm/h、1～5回転/分を標準としています。るつぼ/アンプルが炉の長さの中で絶対的にどの位置にあるかを、開始点と比較して表示するためにディスプレイが使用されます。ブリッジマン炉内の熱勾配は、結晶性の高い均質な単結晶を製造する上で重要な役割を果たすため、制御することができます。
この方法は、実施するプロセスや成長させる結晶の種類に応じて、垂直または水平に構成されたブリッジマン炉で実施することができます。溶融成長結晶化技術は、真空、中性（窒素、ヘリウム、アルゴンなど）または酸化性環境（空気、酸素）で実施することができる。
結晶成長の広範な用途の一例として、ブリッジマン-ストックバーガー法を用いたテルル化カドミウム（CdTe）単結晶の製造があります。テルル化カドミウムは半導体材料であり、放射線検出器、センサー、光起電力などの用途で使用されるP-N接合を形成するために使用されます。
実際には、PN接合はドーピングによって単結晶内に形成されます。単結晶のP-N接合は、多結晶やアモルファスのものよりも効率が高い。単結晶では欠陥や不純物が少ないため、電子の流れに対する抵抗が少ない。欠陥や不規則性は結晶中の原子の配列を乱し、電荷キャリアの数や移動度を変化させる。
結晶は7つの異なる結晶系に分類することができる。それぞれの結晶系は、原子の規則的な配列で構成されている。X線回折を用いると、結晶の構造を決定することができる。この手法の原理は、X線と結晶構造との相互作用を説明するブラッグスの法則に由来する。
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