[实用新型]用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体

说明书

用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，包括有超导线圈、线圈承力架、低温恒温器、外部铁厄、电流引线、服务组件及GM制冷机；超导线圈固定于线圈承力架上并按四角型对称分布进行串联；低温恒温器为超导线圈提供极低温的环境实现超导态；外部铁厄用来减小磁体外部漏磁；电流引线为超导线圈从极低温至室温端的电流通道，承载大电流并减少热负载；GM制冷机为超导线圈的冷量来源，通过传导冷却方式对线圈实现降温；具有提高单晶硅的纯度和品质，摆脱液氦资源短缺的困境，大大降低成本和节省资源的特点。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体。

背景技术

单晶硅也叫硅单晶，是一种比较活泼的非金属元素，具有基本完整的点阵结构的晶体，是晶体材料的重要组成部分，一直处于新能源发展的前沿。单晶硅是一种良好的半导材料，主要用于半导体材料和太阳能光伏产业。单晶硅不同的方向具有不同的性质，纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

单晶硅按晶体伸长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。由于成本和性能的原因，直拉法单晶硅材料应用最广。但随着晶体尺寸的增大及溶体的热对流增强，会造成溶体中温度波动及晶体局部回融，导致晶体中的碳、氧等杂质分布不均，使得单晶硅品质下降。为了解决上述问题，逐步发展了磁控直拉单晶技术。在直拉单晶硅的生长系统上附加一定强度和均匀度的磁场，能有效地抑制硅溶体中的热对流，及控制熔硅中杂质的运输。适当分布的磁场能减少氧、硼、铝等杂质从石英坩埚进入溶体，从而提升单晶硅的品质。

随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益增大。硅片的主流产品是200mm，逐渐向300mm过渡，制备其所需的背景磁场场强和均匀区也需要不断地扩大，并能够长期稳定地运行。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，能够提供高场强、大均匀区的背景磁场，能够有效减小漏场，解决300mm规格的单晶硅制备。该超导磁体能够长期稳定运行，满足直拉单晶工业生产，并减小运行成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，用于300mm磁控直拉单晶制备，包括从内到外依次设置的线圈承力架2、超导线圈1、低温恒温器3、电流引线5、服务组件7、GM制冷机6、外部铁轭4；其特征在于，所述超导线圈数量为4个，4个超导线圈1按60°呈四角型对称分布在线圈承力架2上，超导线圈1之间依次串联，超导线圈外部设有外部铁轭4；

所述线圈承力架2为六边形结构，超导线圈1固定于线圈承力架2上，线圈承力架与外部铁轭4之间设置顶杆；

所述低温恒温器采用外部设有4台GM制冷机；而且低温恒温器内部设有液氮预冷通道。

所述的4个超导线圈，其分布为：中平面位于同一平面，即XZ平面，关于XY平面和YZ平面对称，超导线圈轴线夹角在X轴方向夹角为60度。

所述的超导线圈采用NbTi低温超导线干式绕制，超导线圈外部浸渍有环氧树脂，提高线圈性能。

超导线圈失超电路采用分段自保护的方式，并联二极管与线圈形成闭合回路。

所述超导磁体设置在单晶炉外侧，用超导电源将磁体励磁至设定磁场，为直拉单晶提供所需背景磁场。

所述的服务组件包括对超导线圈温度、电压的数据监测的温度、电压传感器以及对超导线圈液氮预冷通道，温度、电压传感器分布在超导线圈内部，由信号线从低温恒温器内部引出，从外接航空插头采集信号；液氮预冷通道在低温恒温器内部，在超导线圈的表面分布，低温恒温器外部留有输液接口与内部预冷通道连通。