[发明专利]一种超导磁体和磁控直拉单晶设备

说明书

本发明实施例提供了一种超导磁体和一种磁控直拉单晶设备。该超导磁体，包括超导开关、超导线圈、线圈骨架和低温恒温器，所述超导线圈固定于所述线圈骨架上，多个所述超导线圈相互串联。所述超导开关与所述超导线圈并联，并固定于所述线圈骨架上。所述线圈骨架置于所述低温恒温器中，所述低温恒温器带有制冷机。通过设置所述超导开关断开和闭合，实现了各超导线圈和超导开关之间电流的闭合导通，以便撤走励磁电源。本发明解决了现有磁控直拉单晶设备中超导磁体消耗电力成本和使用成本过大、生产单晶硅品质不佳、操作安全性低的问题。

技术领域

本发明实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种超导磁体和磁控直拉单晶设备。

背景技术

单晶硅是晶体材料中的重要组成部分，广泛应用于大规模集成电路、整流器、大功率晶体管、二极管、太阳能电池板等半导体制造领域。单晶硅的生产方法一般为直拉法，直拉单晶的工艺步骤为引晶，缩颈，放肩，等径生长，收尾，出炉。而随着半导体微电子器件和大规模集成电路等器件制造技术的迅速发展，对单晶硅的品质和尺寸要求越来越高，对半导体材料单晶硅的制备要求更为严格，在此背景下，磁控直拉单晶磁体成为生产单晶硅的主流。

磁控直拉单晶技术为：在常规的直拉单晶方法的基础上，在单晶炉外侧施加强磁场，对熔体的热对流进行抑制，降低晶体的杂质含量，提高纵向和径向杂质分布不均匀性，得到高品质的单晶体。随着超导技术的发展，人们发现超导磁体能够产生数倍于常规电磁铁或永磁体的磁场，可以明显降低熔体热对流对单晶品质的影响，因此越来越多的磁控直拉单晶设备配置了磁控直拉单晶超导磁体。

现有技术中，用于磁控直拉单晶的超导磁体常为四线圈结构，一般采用的材料是NbTi(铌钛)超导线，也会采用MgB₂(二硼化镁)制作超导磁体，包括低温容器和制冷机。采用MgB₂制作超导磁体，解决了磁控直拉单晶用常导磁体系统复杂、功耗巨大、制冷成本高昂的问题。现有的用于磁控直拉单晶的超导磁体在使用时均需要励磁电源持续供电，以维持磁场的稳定存在。

但由于用于大规模集成电路的硅单晶锭一般尺寸直径300mm，长约2m，其等径生长时间往往需要持续数天到一周时间，在这期间需要磁场的持续稳定，就需要励磁电源的持续供电支持，耗费了大量的电力成本，一台设备需要长时间占用一台励磁电源，也增大了使用成本。此外，励磁电源的纹波会造成磁场波动，不利于磁场的稳定性，进而影响了生产的单晶硅的品质。再者，励磁电源与电缆需要时刻与超导磁体连接，不利于单晶硅生产的空间布置和操作安全。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种超导磁体和磁控直拉单晶设备，以解决常规磁控直拉单晶超导磁体用电和使用成本高昂、磁场不够稳定而影响单晶品质、电源占用空间等问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种超导磁体，用于磁控直拉单晶制备过程，所述超导磁体：包括超导开关、超导线圈、线圈骨架和低温恒温器；其中：

所述超导线圈的数量为一组或多组，固定于所述线圈骨架上，多个所述超导线圈相互串联；

所述超导开关的数量为至少一个，与所述超导线圈并联，用于在所述超导线圈经过励磁电源励磁到设定磁场时闭合，以连通各所述超导线圈形成闭合回路；

所述超导开关固定于所述线圈骨架的设定低磁场区域；

所述线圈骨架放置于所述低温恒温器中，所述低温恒温器带有制冷机，用于制造满足设定低温条件的环境，以令所述超导线圈和所述超导开关处于超导状态。

优选地，所述超导磁体还包括抱箍，所述抱箍用于固定所述超导线圈与所述线圈骨架。

优选地，所述低温恒温器的结构为液氦浸泡结构，所述超导开关为加热式超导开关。