[发明专利]大直径单晶炉勾型电磁场装置

说明书

技术领域

本发明涉及硅单晶材料加工设备，具体涉及一种大直径单晶炉配套的勾型电磁场装置。

背景技术

硅单晶材料是最重要的半导体材料，是信息社会的物质基础。受集成电路快速发展的促使和利润因素的刺激，硅单晶材料的科学研究必将向着高纯度、高完整性、高均匀性和大直径的方向发展。而在直拉法生产单晶中，由于温度梯度、重力、坩埚晶棒自转等，坩埚内熔体存在着复杂的对流，在大直径单晶炉中这种对流更加剧烈。这些热对流将导致结晶时单晶棒在轴向和径向的不均匀，导致单晶棒电阻率不均匀甚至出现缺陷，同时也会造成单晶棒氧含量高，满足不了要求。在晶体生长过程中加入磁场可以有效的抑制热对流。目前，在大直径单晶炉中使用的是一种较先进的非均匀磁场——勾型磁场(CUSP磁场)。该磁场磁力线分布为轴对称，晶棒的轴向径向均匀性得到保证；在拉晶面上纵向磁场基本为零，不会影响氧的蒸发；在坩埚壁上磁场基本与之垂直，可以减少坩埚的溶解；在其他大部分区域有着较强的轴向和径向磁场，能够有效的抑制热对流。相比传统的不加磁场或者加单一横向、纵向磁场的单晶炉相比，这种单晶在氧含量、均匀性和完整性等性能上都得到了很大的提高。

目前的大直径单晶炉中使用的勾型磁场，通常都是采用空心螺线管，铜管中间必须要有足够的空心来保证线圈的冷却。这种方式的缺陷是：空心铜管必须符合一个最小尺寸，因此在实际安装尺寸的限制下，采用空心螺线管方式线圈匝数会受到限制，因为磁场强度是与线圈匝数和通过线圈电流的积成正比，而为了保证磁场强度足够大，则必然要提高线圈的通电电流I，这样就必然增加线圈的功耗。

同时，现有技术中整体式屏蔽体，由于线圈和屏蔽体之间间隙比较小，上下两个线圈一起装配麻烦，不易于装配和维护。而且整体式屏蔽体总质量大，对吊车要求高。因此将两个线圈的屏蔽体分成双体将有利于装配和吊装，可降低厂房吊车要求，更加适应于普通安装厂房。并且对于日常维护和检修，双体式的磁屏蔽体非常有利于单独拆卸和检修。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种大直径单晶炉勾型电磁场装置，以提高单晶的品质，并降低磁场的功耗。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种大直径单晶炉勾型电磁场装置，包括用于产生勾型电磁场的直流线圈，该装置包括至少两个充满冷却油的环状密闭容腔，且上下叠加呈中空的圆筒状；每个密闭容腔均由位于外侧的半包围式的屏蔽体、位于内侧的内筒和两块厄板以焊接形式相互连接形成，且通过管路与油泵、油冷却器共同组成强制油冷却系统；所述密闭容腔中分别设置一组以实心铜管绕制成的直流线圈。

作为一种改进，所述直流线圈采用非完全对称的平行布置方式；各直流线圈的半径、径向匝数、导线面积等都相同，但位于下方的直流线圈的轴向匝数要多于位于上方的直流线圈。

作为一种改进，所述屏蔽体外周安装有水冷套。

作为一种改进，所述装置有一用于固定安装的定位装置，上下两个密闭容腔通过螺栓联接于定位装置。

作为一种改进，所述屏蔽体是DT4纯铁材料制成的屏蔽体。

作为一种改进，所述油冷却器是板式换热器。

作为一种改进，所述密闭容腔外部设置用于吊装的吊装固定部位。

作为一种改进，所述密闭容腔的冷却油出口处装有测温仪，并通过信号线与装置的电控开关相连。

本发明的有益效果在于：

1、由于采用了上下两个线圈平行布置方式，产生的磁力线分布为轴对称，同时磁场强度连续可调，晶棒的轴向径向均匀性得到保证；在拉晶面上纵向磁场基本为零，不会影响SiO的蒸发；在坩埚壁上磁场基本与之垂直，可以减少坩埚的溶解；在其他大部分区域有着较强的轴向和径向磁场，能够有效的抑制热对流。相对于传统不施加磁场或加横向或者纵向磁场的单晶，施加勾型磁场的单晶氧含量控制效果要好。

2、采用二分式结构，使用时通过螺栓联接起来，运输、拆卸、安装和调试都更简单、方便。

3、直流线圈采用强制对流冷却方式，传热好、温升低、结构简单；相比一般采用的空心螺线管，通水冷却的方式，这种方式简单可靠，少了复杂的水路分布，实心铜管绕制工艺也简单很多。

4、直流线圈采用非完全对称形式，下线圈匝数多，节省材料；可对线圈直径、线圈间距、线圈轴向径向匝数等进行优化，磁场装置在产生同样磁场强度下，与同类产品相比功耗减少20％以上。

附图说明

图1为本发明专利的安装外形的俯视图；

图2为本发明专利的剖面结构示意图；

图3为本发明专利的冷却系统示意图；