CN203746601U - 一种cusp磁场发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及非金属晶体的制造设备，旨在提供一种CUSP磁场发生装置，包括屏蔽体、置于屏蔽体内的线圈、支撑块和置于屏蔽体外水冷器；所述屏蔽体包括圆柱形筒体和设置在圆柱形筒体上下端的环形端盖；所述上线圈和下线圈均采用相同尺寸的铜管密绕而成，相邻铜管之间均设置绝缘板；所述上线圈和下线圈之间、下线圈和屏蔽体之间均设有支撑块；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。

Description

一种CUSP磁场发生装置

技术领域

本实用新型涉及非金属晶体的制造设备，特别涉及一种CUSP磁场发生装置。

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——CUSP磁场。CUSP磁场发生装置中线圈的加工和制作是重点和难点之一，目前线圈多采用空心方铜管直接绕制而成，存在加工难度大、易变形、易损坏等缺点，影响CUSP磁场发生装置的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种CUSP磁场发生装置。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种CUSP磁场发生装置，包括屏蔽体、置于屏蔽体内的线圈、支撑块和置于屏蔽体外水冷器；所述屏蔽体包括圆柱形筒体和设置在圆柱形筒体上下端的环形端盖；所述线圈包括上线圈和下线圈，所述上线圈和下线圈均采用相同尺寸的铜管密绕而成，相邻铜管之间均设置绝缘板，绕制完成后采用环氧树脂浇筑成型；绝缘板采用具有一定弹性的电工绝缘板，可作为铜管热变形之后的有效缓冲，提高线圈整体的热稳定性，且线圈绕制后完成后采用环氧树脂整体浇注成型，使得线圈整体的绝缘性能好，不容易破损；所述上线圈和下线圈之间、下线圈和屏蔽体之间均设有支撑块；所述置于屏蔽体外水冷器是用以控制上线圈、下线圈的温度不超过60℃和屏蔽体的温度不超过45℃，即所述水冷器中的冷却水在空心紫铜管中流过而将线圈发热量带走。

作为一种改进，所述铜管为倒圆角的空心方形紫铜管。

作为一种改进，所述铜管满足：r=（0.05～0.15）×A，其中：r为倒圆角半径，A为方形紫铜管边长；传统采用不倒角的空心方形紫铜管绕制而成的线圈，由于铜管的热变形，相邻的铜管的两个锐角容易挤压甚至切断铜管之间绝缘材料，造成铜管之间短路，整个线圈报废。

作为一种改进，所述上线圈和下线圈均采用平行布置的方式：所述上线圈和下线圈的绕制方式、线圈半径、径向匝数、铜管截面都相同，且下线圈轴向匝数不少于上线圈轴向匝数。

作为一种改进，该装置工作时，上线圈和下线圈通以大小相同、方向相反的直流电流。在晶体生长的过程中，晶体生长的表面在“零磁面”附近，这样晶体生长表面上面的磁场都没起到作用。为了节省线圈的资源消耗和功耗，采用的是下线圈轴向匝数多，上线圈轴向匝数少的方式，这样在保证在熔体区域磁场强度的情况下，可以减少线圈的资源消耗，也能降低一定的功耗。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

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。本实用新型提高的CUSP磁场发生装置，线圈结构经过优化，具体热稳定性好，加工制作简单且低功耗的特点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体剖面结构示意图；

图3为本实用新型的线圈剖面结构示意图；

附图标记为：屏蔽体1；上线圈2；下线圈3；支撑块4；水冷器5；紫铜管2a；绝缘板2b；环氧树脂2c。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

如图1～2所示，本实用新型为一种CUSP磁场发生装置，包括屏蔽体1、置于屏蔽体1内的线圈、支撑块4和置于屏蔽体1外水冷器5；所述屏蔽体1包括圆柱形筒体和设置在圆柱形筒体上下端的环形端盖；

如图3所示，是线圈径向匝数为4匝，轴向匝数为6匝的截面示意图，所述线圈包括上线圈2和下线圈3，所述上线圈2和下线圈3均采用相同尺寸的铜管密绕而成，相邻铜管之间均设置绝缘板2b，绕制完成后采用环氧树脂2c浇筑成型；绝缘板2b采用具有一定弹性的电工绝缘板2b，可作为铜管热变形之后的有效缓冲，提高线圈整体的热稳定性，且线圈绕制后完成后采用环氧树脂2c整体浇注成型，使得线圈整体的绝缘性能好，不容易破损；所述上线圈2和下线圈3之间、下线圈3和屏蔽体1之间均设有支撑块4；所述置于屏蔽体1外水冷器5是用以控制上线圈2、下线圈3的温度不超过60℃和屏蔽体1的温度不超过45℃，即所述水冷器5中的冷却水在空心紫铜管2a中流过而将线圈发热量带走

所述铜管为倒圆角的空心方形紫铜管2a。

所述铜管满足：r=（0.05～0.15）×A，其中：r为倒圆角半径，A为方形紫铜管2a边长；传统采用不倒角的空心方形紫铜管2a绕制而成的线圈，由于铜管的热变形，相邻的铜管的两个锐角容易挤压甚至切断铜管之间绝缘材料，造成铜管之间短路，整个线圈报废。

所述上线圈2和下线圈3均采用平行布置的方式：所述上线圈2和下线圈3的绕制方式、线圈半径、径向匝数、铜管截面都相同，且下线圈3轴向匝数不少于上线圈2轴向匝数。

工作时，上线圈2和下线圈3通以大小相同、方向相反的直流电流。在晶体生长的过程中，晶体生长的表面在“零磁面”附近，这样晶体生长表面上面的磁场都没起到作用。为了节省线圈的资源消耗和功耗，采用的是下线圈3轴向匝数多，上线圈2轴向匝数少的方式，这样在保证在熔体区域磁场强度的情况下，可以减少线圈的资源消耗，也能降低一定的功耗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做进一步的修改，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种CUSP磁场发生装置，包括屏蔽体，其特征在于，还包括置于屏蔽体内的线圈、支撑块和置于屏蔽体外水冷器；

所述屏蔽体包括圆柱形筒体和设置在圆柱形筒体上下端的环形端盖；

所述线圈包括上线圈和下线圈，所述上线圈和下线圈均采用相同尺寸的铜管密绕而成，相邻铜管之间均设置绝缘板；所述上线圈和下线圈之间、下线圈和屏蔽体之间均设有支撑块，起支撑作用；

所述置于屏蔽体外水冷器是用以控制上线圈、下线圈的温度不超过60℃和屏蔽体的温度不超过45℃。

2.根据权利要求1中所述的CUSP磁场发生装置，其特征在于，所述铜管为倒圆角的空心方形紫铜管。

3.根据权利要求2中所述的CUSP磁场发生装置，其特征在于，所述铜管满足：

r=（0.05～0.15）×A

其中：r为倒圆角半径，A为方形紫铜管边长。

4.根据权利要求1～3中任一项中所述的CUSP磁场发生装置，其特征在于，所述上线圈和下线圈均采用平行布置的方式：所述上线圈和下线圈的绕制方式、线圈半径、径向匝数、铜管截面都相同，且下线圈轴向匝数不少于上线圈轴向匝数。