[实用新型]单晶炉低功耗勾形电磁场装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体制造技术领域，涉及一种单晶炉低功耗勾形磁场装置。

背景技术

随着半导体工业的发展，半导体器件生产对单晶的质量提出了更高的要求，特别是进入超大规模集成电路时代以来，对单晶的氧、碳含量、微缺陷以及杂质的均匀性要求更高。在直拉法生长硅、锗等单晶的过程中，由于热场形成的温度梯度使融溶体产生的热对流是影响单晶质量的重要因素之一。因此，抑制热对流是提高单晶质量重要途径之一。在直拉法生长单晶过程，通常人们使用的磁场分布为水平方向的横向磁场或垂直方向的纵向磁场来抑制热对流，但是，这两种磁场都是单一方向。它们仅对与自己磁力线垂直方向或成一定角度的部分热对流起抑制，而与磁力线平行方向的热对流不起任何抑制，即就是热对流在熔融体内不能完全被抑制。采用这两种磁场拉制的单晶棒仍存在着纵向和径向氧、掺杂含量不均匀现象。为了克服以上磁场的缺陷人们提出了一种较为先进的非均匀磁场——勾形磁场（Cusp Magnetic field）。该磁场的磁力线分布是以轴及上下对称兼有径向和纵向分量的发散型磁场，可有效地抑制热对流、单晶和坩埚相对旋转产生强迫对流，单晶的质量得到进一步提高。如今所使用的勾形磁场是一种低电压、大电流、大功耗设备，其功耗一般为几十个乃至几百个千瓦，耗能大是不能广泛应用的致命问题。因此，在满足磁场强度不变的条件下，大幅度降低功耗具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单晶炉低功耗勾形电磁场装置，解决现有勾形磁场是一种低电压、大电流、大功耗的设备，其功耗一般为几十个乃至几百个千瓦，耗能大是不能广泛应用的问题。

本实用新型采用的技术方案为：一种单晶炉勾形电磁场装置，包括炉腔体和设置在炉腔体内的坩埚，炉腔体外圆周的上端和下端分别缠绕有线圈a和线圈b，线圈a和线圈b外侧设置有屏蔽体；线圈a和线圈b由空心紫铜方管和铜线交替密绕而成，各路线圈是串联在一起的；线圈a或线圈b的匝数至少为1800匝。

其中，铜线为扁铜线或圆铜线。

其中，线圈a或线圈b是螺旋管直流线圈，相邻两路线圈的绕制方向相反。

其特征还在于，屏蔽体包括圆筒体和设置在圆筒体上下端的环形端盖，环形端盖内侧设置有向线圈a或线圈b方向延伸的环形突台。

其特征进一步在于，炉腔体内设置有石磨加热器，石磨加热器内设置有石磨套，坩锅位于石磨套内。

其中，线圈a与线圈b的匝数、线圈半径、纵向和轴向层数、导线面积以及线包的绕制方式相同。

其中，屏蔽体采用DT4E型纯铁材料。

本实用新型的有益效果是，在满足磁场强度（确保安匝数IN）的前提下，通过增加线圈的总匝数N，降低线圈电流I，降低磁场的功耗，可使其功耗减低为几个千瓦，解决了原勾形磁场大功耗问题，为直拉法拉制高品质单晶提供一种实用的低功耗电磁场装置。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型两个线圈缠绕在炉腔体上的纵截面图；

图3是本实用新型的磁场控制电路工作原理示意图；

图4是本实用新型两个线圈产生磁场的纵向分量和径向分量原理图；

图5是采用本实用新型后，坩锅内液面处磁力线的分布示意图；

图6是本实用新型勾形磁场磁力线分布曲线原理图；

图7 是本实用新型径向磁场Br随电流变化示意图；

图8是本实用新型径向磁场Br随匝数的变化示意图；

图9是本实用新型线圈功率随线圈匝数的变化示意图。

图中，1. 线圈a，2. 屏蔽体，3. 线圈b，4. 炉腔体，5. 晶体，6. 石磨加热器，7. 石磨套，8. 坩锅，9. 空心紫铜方管，10.铜线，11圆筒体，12.环形端盖，13.环形突台。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

在晶体5生长过程中，勾形磁场的引入可以对各种对流发挥抑制作用，显著提高晶体5质量和改善杂质均匀性。本实用新型利用了勾形磁场的原理，提供了一种多匝数、低功耗单晶炉勾形磁场装置，解决了大功耗的问题，从而使勾形磁场能够得到更广泛的应用。该磁场可有效地抑制热对流、晶体5和坩埚8相对旋转产生强迫对流，从而使晶体的品质得到进一步改善。