[发明专利]一种适用于晶体生长过程的行波磁场控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于晶体生长过程的行波磁场控制方法，该方法是在导电熔体的外围施加一个由正弦交变电源产生的行波磁场，该行波磁场的发生装置由多组线圈构成，线圈的结构参数及电流参数均可便利调节。所述行波磁场在导电熔体内产生的感应电流和磁场相互作用产生洛伦兹力，对某一种导电熔体而言，行波磁场参数的改变会影响到洛伦兹力的大小、方向和及其在熔体中的分布。本发明通过改变不同长晶阶段的行波磁场参数来控制熔体流动、温度分布、结晶界面形状、杂质分布等晶体生长参数，以提高晶体品质，例如在晶体生长过程中调制行波磁场参数使得结晶界面形状一直保持平直或微凸、杂质在轴向和径向分布均匀等。

技术领域

本发明属于晶体生长控制技术领域，具体涉及一种适用于晶体生长过程的行波磁场控制方法。

背景技术

近年来，晶体生长过程中磁场控制技术的相关研究逐渐受到重视。磁场一般可分为动态磁场和静态磁场。由于动态磁场控制晶体生长时所需的磁场强度远小于静态磁场，同时动态磁场可调参数较多并且可根据需要进行设计，这使得动态磁场具有广泛的应用前景。行波磁场属于动态磁场的一种，它基于电磁感应定律在导电熔体中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生洛伦兹力，进而影响熔体流动与晶体生长。自20世纪90年代以来，一些研究者对行波磁场应用于垂直Bridgman法、垂直梯度凝固法、提拉法和定向凝固法生长晶体材料进行了基础研究。

行波磁场产生的洛伦兹力能够主动驱动熔体产生对称的子午线方向的流动，其形态类似于热浮力引起的自然对流。行波磁场可调参数众多，主要包括线圈的个数、间距、相对熔体的位置，以及线圈内部通入电流的顺序、大小、频率、相移等。通过调整行波磁场参数，可以抑制或者强化自然对流，能够主动控制熔体流动的结构与强度，进而影响温度分布并优化结晶界面形状和控制杂质分布。

由于晶体生长是一个动态变化过程，整个过程中的传热、流动及传质特性均处于不断变化之中，而这些特性决定着熔体流动、温度与组分分布、结晶界面形状等宏观晶体生长参数，进而决定了晶体内部的微观结构以及缺陷、杂质的分布。因此，要想采用行波磁场精确控制整个晶体生长，必须在这个过程中不断调整行波磁场参数以适应晶体生长的需要。然而，现有行波磁场控制晶体生长的研究中，磁场参数确定后不再随晶体生长而改变，还没有针对不同长晶阶段改变行波磁场参数以获得高品质的晶体的系统性研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于晶体生长过程的行波磁场控制方法，通过改变不同长晶阶段的行波磁场参数，例如线圈的个数、间距、相对熔体的位置，以及线圈内部通入电流的顺序、大小、频率、相移等，最终改变熔体流动状态、温度分布、结晶界面形状和杂质分布等晶体生长参数，以提高晶体品质。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种适用于晶体生长过程的行波磁场控制方法，该方法包括：

晶体生长过程中在导电熔体的外围施加一个由正弦交流电源产生的行波磁场，所述行波磁场的发生装置由在导电熔体外围自下而上布置的多组线圈组成，通过调制不同长晶阶段的行波磁场参数来控制熔体流动，进而改善温度分布、结晶界面形状和杂质分布。

本发明进一步的改进在于，所述行波磁场参数包括线圈的个数、间距、相对熔体的位置，以及线圈内部通入电流的顺序、大小、频率和相移。

本发明进一步的改进在于，所述行波磁场的发生装置由3组或者6组线圈组成；线圈间距满足0≤h≤1.5H，H为熔体区域高度。

本发明进一步的改进在于，熔体在线圈组中的相对位置下限至线圈组下沿，相对位置上限至线圈组上沿。