CN85106561A - 单晶生长装置 - Google Patents

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CN85106561A
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株式会社东芝
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Abstract

一对围绕盛放熔体的坩埚的线圈。当线圈受到激励从而使其磁力线沿轴向彼此相对时,就形成了具有椭圆形等磁场分布的磁场。当适当选择了激励磁电流时,就形成了限制上部熔体热对流的磁场,同时熔体的下部则发生热对流。当熔体液面由于拉制单晶而降低时,对磁场进行控制,以使热对流限制区和热对流区之间的边界得到相应的降低。

Description

本发明涉及一种单晶生长装置,该装置的用途是当磁场作用于熔化的单晶原料时,从中拉制出单晶。

当按照切克劳斯基(Czochralski)生长法来生长单晶时,存放放在坩锅12中的单晶原料熔体2被加热器14加热,以防止该熔体凝固,如图1所示。在此状态下一个粒晶8浸到该熔体(2)中,当粒晶由一个按粒晶轴向提升并放置装置10以预定的速度拉出时,在固态-液态界面层4上就生出了晶体,从而制备出单晶。

在加热器14的作用下,熔体2按各个箭头16所指方向进行对流传热。该热对流是由于流体的热膨胀所引起的浮力与粘带性不平衡而导致的。表示浮力与粘带力之间平衡的无量纲数是格拉晓夫(Grashof)数:NGR=g·a·△T·R

/V

……(1)其中:α:熔体的热膨胀系数。

△△T:沿坩锅径向的温度差。

R:坩锅的半径,熔体的动力贮滞系数当V格拉晓夫(Grashof)数NGR超过由几何尺寸及该熔体的热边界条件所决定的临界值时,在熔体中就会发生热对流。一般地,当NGR超过105时,此对流将引起湍流。当格拉晓夫(Grashof)数NGR超过109时,此对流将引起紊乱,在正常操作时,通过格拉粒晶可得到直径为3-4英寸的单晶锭。然而,在这种情况下,熔体处于紊乱状态。由于这个原因,熔体表面和固-液界面层4会产生波动。

当热对流引起紊乱时,在固态-液态界面上的温度变化将会加剧。而界面层4的厚度将会发生局部或随时间的变化,由于这个原因,晶体在生长过程中会发生微观上的再溶解,从而在晶体中形成位错环和堆垛层错。这些缺陷是沿着单晶拉制方向不规则地产生出来的,因为-液界面层是在不规则地变化的,在一定温度(例如1,500℃)熔体2同坩锅14内辟相接触,从而使杂质从坩锅12溶入溶体2中。这些游离杂质由于热对流而扩散到整个溶体中,由于这些杂质层,在堆垛层错中得到吸收或捕获,从而产生位错环,使在单晶锭或台基中形成了各种缺陷及生长条纹,从而降低了单晶的质量。

当切割这种单晶锭以制备集成电路(LSl)晶片时,含有缺陷的晶片是无法使用的,因此只能将其除去。因为有缺陷的晶片的特性被降低了。正是由于这个原因,晶片的产量是比较低的,尽量有增加单晶锭直径的要求,但当坩锅的半径增加时,依据等式(1),格拉晓夫(Grashof)数NGR将增加,结果将使熔体2中的热对流更为严重,从而使单晶锭的质量降低。

在如图2A所示的单晶生长装置中,用线圈18把直流磁场加到熔体2上,以便在适当的热和化学平衡条件下,通过抑制热对流来拉取单晶。线圈18产生的均匀磁场按箭头20所指方向作用于溶体2,溶体成为导电体。当溶体2由于热对流而沿不与磁场方向相平行的方向移动时,按照楞次定律,该溶体将受到阻滞,原料中的热对流受到了抑制。一般来说,代表由于磁场作用而产生的阻滞的磁滞系数VE可由下面的方程(2)表示出来:VE=(MHD)2O/P ……(2)

其中    M:熔体的磁导率H:磁场强度D:坩锅直径O:熔体的电导率P:熔体密度由方程(2)可以看出,当磁场强度增加时,磁滞系统VE也将增加,而当粘滞系数V增加时格拉晓夫(Grashof)数NGR将大为减小。当磁场强度超过一特定值时,格拉晓夫(Grashof)数将减至给定的临界值之下。当超过特定值的磁场强度作用于熔体2时,熔体2中的热对流几乎停止。因此,杂质不会进入单晶锭中心堆垛层错。这样,也就不会形成位错环,其它缺陷及生长条纹。单晶锭沿拉取方向的特性是一致的,从而提高了单晶锭的产量。

然而,在用来生产直径超过4英寸(inches)的单晶生长装置中,坩锅12的直径将超过6英寸,从而使坩锅要做得很大。另外,用来放置坩锅12及加热器14的容器21的内部直径也将达到数百毫米。这样,整个单晶生长装置的尺寸将非常大。

一般而言,坩锅12的直径要比其深度大。当坩锅中装入最大数量的溶体时,其半径基本上与其深度相等。当把磁场加于坩锅12中的熔体时,其磁场强度分布如图2B所示。由于直径/高度比,温度分布沿坩锅12的高度方向是一致的。在界面层4中的磁场强度B1与坩锅12下P中的磁场强度B2间的关系由下面的不等式给出,1(B1-B2)/B11<5%其中的符号11表示绝对值。相应于图2B所示的磁场分布,在整个坩锅12中,熔体2的格拉晓夫数分布小于熔体2的临界值NGC,如图2C所示。参见图2C2NG1和MNG2分别是接近界面层4的熔体P分及接近坩锅12底P的熔体部分的格拉晓夫数。由于这个原因在传统的单晶生长装置中,在整个坩锅12中溶体2会停止热对流,熔体2是完全静止的。在此状态下,将不会发生通过对流的热传导。热从加热器18传导至位于坩锅12中央的熔体2。

当单晶锭的直径只有2~3英寸时,坩锅的内径也只需4~5英寸,由于这个原因,即使因为施加了磁场而使熔料完全静止,由加热器14产生的热量仍能有效地传至界面层4。因此,按接近界面层4的熔体P分与接近坩锅12附近的熔体P分的温差在10℃~20℃之间。然而,当单晶锭的直径达到或超过4英寸时,坩锅的直径需6~14英寸,从而使坩锅的体积大为增加。因此,来自加热器14的热量仅通过熔料中的热传导只是不能有效地传至界面层4的。由此,在界面层4的熔体P分与接近坩锅内表面的熔体P分之间有高达数+摄氏度的温度梯度,为了能有效地在界面层4生成单晶6,界面层的温度必须充分地高于熔解的温度。为了制备大直径的单晶锭,就必须增加加热器的功率,来补偿由于温度梯度而引起的温度下降,以使界面层4到预期的温度。当单晶锭直径增大而溶体中的温度又较大时,在界面层4中也会形成温度梯度,界面层4中的温度梯度会阻止均匀的单晶生长。若坩锅中心的温度与接近坩锅内表面的熔体部分的温度相差太大时,将会有一对过强的热应力作用于坩埚12,从而使其破裂。

应用传统的单晶生长装置来制造大直径单晶锭时,熔体中央与固态-液态界面层处的温度梯度将会过份地增加。从而引起不便,这样,将无法得到均匀的单晶锭,而加热熔体也必须有很高的能量,坩锅容易破裂。

为达到本发明的上述目的,提供了一种单晶生长装置,它包括:用来盛放单晶原料熔体的容器;用来加热容器中的熔体的加热器;用来把籽晶浸入溶体并从固态-液态界面拉制单晶拉制器;形成第一磁场区域及第二磁场区域的磁场形成装置,其中第一磁场区域具有能阻止上层熔体P分的热对流的强度,第二磁场区域中的磁场强度不能阻止下层熔体P分的热对流;磁场调节装置,用于根据熔体表面的下移来向下移动第一和第二磁场区域之间的界面。

根据此发明,在上层熔体部分形成第一磁场区域以防止热对流在下层熔体部分形成不能阻止热对流的第二磁场区域。在固态-液态界面层附近,热对流受到了限制,以便使单晶在热平衡及化学平衡的条件下生长,因热对流是发生在第一磁场区域以下的第二磁场区域内,所以熔体受到充分而均匀地搅拌,因此,溶体的温度分布是均匀的,因此热量被充散地传导到固态-液态界面,容器(坩锅)周围熔体部分的温度和固-液交界层之间的温度差很小,所以,能提供给同一液交界面经过充分搅拌的熔体,从而获得比较均匀的单晶。

因为坩锅的周边与其中心的温差很小,故可避免由于热应力引起的坩锅的破裂。

当减小线圈距离从而使磁场强度减小时,用超导线圈改变处于恒定电流状态下的磁场。

线圈可设置在同一轴上,并对其进行适当的激励,以使沿其轴线的磁通量方向彼此相对。磁场在线圈之间产生的,其等磁场曲线成园形或椭园形。这个磁场包括平行和垂直于单晶拉出方向的分量。因此,沿所有方向的热对流都可由磁场来控制。

如果用产生沿相反方向作用的磁场的线圈对作磁场形成器,从线圈之间的区域指向区域外部的磁场能被该线圈所产生的磁场所抵消,因此,使线圈之间的区域内泄漏出去的磁场分量是很小的。

根据本发明,由于固态-液态界面层和容器(坩锅)内表面附近的溶体部分之间的温差很小,因此能够生产出高质量的单晶液。

图1是显示根据Ezochralski生长法的单晶拉制器的剖面图;

图2A、2B和2C分别是用于说明传统的单晶生长装置的剖面图和曲线图;

图3是显示根据本发明的一个实施方案的单晶生长装置的剖面图;

图4是图3所示装置的控制装置的方框图;

图5是表示由线圈产生的磁场的等磁分布的曲线图;

图6表示了热对流限制区域和热对流区域之间的关系,在热对流限制区域中热对流受到了磁场的限制;

图7A、7B、7C和7D是用于说明图3中所示装置的运转的剖面图;

图8是用于说明CPV控制方式的流程框图;

图9是根据本发明的另一个实施方案的单晶生长装置的剖面图;

图3显示了根据本发明的第一实施方案的单晶生长装置,图4显示了此装置的控制装置的方框图,容器46通过具有预定高度的平台47。被置于基座30之上。在容器46内放有坩锅42。坩锅42周围有加热器44。在坩锅42中,熔体32在加热器44的作用下得到加热。

驱动轴66由相应的支撑器68置于基座30上围绕容器46的多个位置上,并使之垂直和可放置。每一根轴16都带有旋入相应可移动部件58上的螺杆。轴16本身与马达70相对应。在与马达70转动时,部件58能够垂直移动。驱动轴62受到垂直支撑,并分别相对于支撑板进行旋转。每根轴62都带有插入相应的可移动支撑部件56的螺杆。马达64分别与驱动轴62相偶合。在马达64移动时,可移动部件垂直地进行移动。马达64,轴62和部件56组成了线圈距离调节机构61,而马达70,轴66和部件58组成了线圈位置调节机构65。

环形罩50被安装在所有的部件56之上,这些部件56与排列在容器46周围的轴62相连。超导线圈48被放置在罩50之内,使其轴线与坩锅42的轴线一致。环形罩54也被固定在部件58之上,超导线圈52被放置在罩54之内,使其轴线与坩锅42的轴线一致。罩50和54通过波纹状连接部件60相连。线圈48和52通过部件60相连,当罩50和54间的距离变化时,此部件60能够伸长或收缩。罩50和54,以及部件60充满了液氦,线圈48和52浸泡在温度为4.2°K的液氦中。电流在线圈48和52中相对其轴逆向流动。

作为单晶材料的熔体32放在坩锅42内,拉晶器40位于容器46之上,支撑杆39固定在拉晶器40上,支撑杆39的下端插入容器46中,这样,可以通过拉晶器40使支撑杆39垂直移动。籽晶38放置在支撑杆39下端。在拉晶器40使籽晶38浸入熔体32内以后,拉动籽晶,则单晶开始在固态-液态界面层34处生长,从而生产出单晶块36。

马达64的控速由马达速度检测器72〔见图4〕测定,其检测信号被加到线圈距离计算电路74上,由电路74计算出线圈距离,并输出信号对CPU76。类似地,马达70的转速由马达速度检测器78测定,其信号被送到线圈位置计算电路80,电路80算出线圈位置,并把它的输出传送到磁场分布计算电路82。

马达64和70分别与驱动器84和86连接。驱动器84和86与CPU76相连。CPU分别向驱动器84和86发出控制信号,驱动器84和86随后驱动马达64和70。电路82向磁场电路调整电路88发出信号,此信号相应于加到坩锅42中的熔体32上的预定磁场。依照电路82发出的信号。电路88计算和磁场信号相对应的线圈激励电流,并向激励电流扫描电路90传送电路88的输出。电路90输出信号到线圈48和52,并且把线圈48和52上的激励电流保持预定值范围之内。

由拉晶器40发出的操作信号波送到拉晶速度计算电路52,此电路92算出单晶的拉制速度电路92的输被送到溶体表面位置计算电路94,按照单晶的拉晶速度来计算出熔体表面位置。熔体表面位置信号从电路94被输到CPV76。

按照上述方案,当线圈48和50受到激励时,在线圈48和52之间的熔体32中,形成了一个磁场,该磁场在线圈的轴平面内具有如图5所示的等磁场分布。当电流按图5所示的磁场方向流过线圈48和52时,线圈48和52所产生的磁场的方向如箭头100所示。在线圈48和52之间显示了磁力线方向B0到B7。如图5所示,磁场强度度相等的位置形成椭圆状。当线圈48和52的轴向被定为Z,并且通过线圈48和52中心并与Z轴垂直的方向被定为X方向时,在X轴与Z轴的交点(即原点)处的磁场强度为零。

磁通量方向与X和Z轴一致,等磁场分布如图5的X-Z平面上的呈椭园曲线分布所示。若把通过X和Z轴的交点(即原点)并垂直于X和Z轴的直线定为Y轴,则在X-Y平面上的等磁场分布曲线为同心园。应当注意的是,同心线圈排列和激励电流值,图5的等磁场分布可以是圆形的。在此情况下,如图6所示,适当地确定线圈的距离和流过线圈的激励电流,使界面层34下部附近的等磁场强度曲线B10与方程(1)的临界格拉晓夫数NGR相对应。磁场强度B10在1000到2000高斯范围之内,并根据熔体32的类形,熔体32的填充量和坩锅42的内径而确定。当把这样的磁场加于熔体32之上时,在曲线B10下的区域103中的磁场强度小于曲线B10所指示的值。因此,熔料32的格拉晓夫数NG将大于临界格拉晓夫数NGR,从而产生热对流102。

然而,在由曲线B10表示的区域之上的区域104中,磁场强度大于B10所指示的值,因此,熔体32的格拉晓夫数NG小于临界格拉晓夫数NG。结果,热对流受到了阻止,从而使熔体32保持静止。区域104的厚度H1在下列范围之内:δ<H1<H0其中,δ是界面层34的厚度,H0是熔体32的初始高度。高度H1是根据熔体32的类形,其填充量和坩锅的内径而确定的。换言之,线圈48和52的型状,安培匝数和线圈距离是由磁场分布计算来确定的,以便把参数H1、D1、H0和B1。确定在预定值。

热对流102发生在曲线B10的内部,来自加热器44的热量可以充分地传导到熔体的中央,从而在此区域获得基本上均匀的温度分布。相反,在曲线B10以外的区域,熔体32是完全静止的,因此,不可能发生热交换。在传统的单晶生长装置中,当熔体32的热对流受到完全限制时,热量仅能通过从坩锅周围的热交换由加热器44传导到膜层34。然而,按照这个实施方案,由紧换在界面层34下面的,具有均匀的温度并且深度在H1以下的熔体32有效地加热了界面层34。(其中H1≤D/2;见图6)。与传统装置不同,在本发明中,加热界面层34的热传导效果得到了改善。减小了坩锅中间和周围的温差。另外,由于层34是静止的,从而能够制备有热和化学稳定性的单晶块。由于在层34下的某一深度,热对流充分地搅动了熔体32,因此,能够把均匀的熔体32供给到单晶生长部分。

下面参考图8的CPU76控制方式流程图,来说明上述单晶生长装置的操作。

(1)初始调整向坩锅42填充熔体32至指定高度H0,然后,用加热器44加热熔体32。坩锅尺寸数据,熔体填充量数据,熔体物理性质数据,单晶块的直径数据,励磁线圈参数和单晶提拉速度数据由CPU 76通过输入装置77取出。如图6所示,确定线圈距离,线圈位置和线圈电流,使层34下面形成相应于临界格拉晓夫数NGR的曲线B10。调整线圈的初始距离L0,线圈的位置和初始激励电流I0,以满足磁场分布的条件,以便得到如图6所示的磁场分布。线圈的距离和位置分别由机构62和65调节。CPU 76还计算有效地发生热对流的区域103的最小高度H2(图7B),并计算在热对流下单晶有效地进行生长的溶体32的高度H3(图7C)。

(2)施加恒定磁场和线圈降落的控制,在开始拉单晶时,把籽晶38浸泡在熔体32中以生长单晶。生长出的单晶以恒定拉晶速度V    cm/ser)由拉晶器40拉出,以制备单晶块36。预先确定好加到线圈48和52的电流,和线圈48和52的距离使得在线圈48和52之间形成如图6所示的磁场分布。

拉晶速度由电路92计算,而熔化表面位置由线路94计算。这些数据都是由CPU 76获得的,在CPU 76的控制下,使熔化表面液位的下降与线圈下降适当相符合。CPU 76向驱动器86提供信号,然后,驱动器86驱动马达70以预定的速度移动线圈48和52。当熔体表面液位下降时,区域104的厚度H1保持基本不变。线圈位置由电路80计算。并被传送到电路82,电路82计算区区域100的高度H。

(3)恒定线圈位置和磁场强度下降的控制如图7B所示,当H与H2(即热对流有效发生的高度)相重合时,CPU 76停止线圈48和52的动作,而驱动器84驱动马达64以减小线圈距离。结果降低了熔体上的磁场强度。当状态从图7B转变为图7C时,单晶开始生长,而区域104开始减小。一般来说,区域104内的熔体量与磁场强度成正比。另外,当施加过量的磁场时,在层34中的熔体32的热和化学稳定性势必将受到扰乱,由于这一原因,如加到熔体32上的磁场强度伴随着对流限制区域的减小而降低。按照最有效的方法,当在线圈48和52中的激励电流保持不变时,减小线圈的距离时L。

当线圈距离L减小,而流过线圈48和52的激励电流保持不变时,磁场强度相当地降低。采用上述是基于下列原因。举例来说,当线圈48和52分别包括导线圈时,必须用液氦充满罩50和54,以使线圈48和52保持在4.2K的极低温中。为了减少液氦的蒸发量,在线圈48和50受到激励后,把线圈48和52间由电路88和90组成的部分电源87之间的电流引起移去,因而消除了外部加热。由安装在线圈上的恒流开并使超导线圈工作在恒定电路状态。在改变励磁电流以改变超导线圈的磁场强度时,必须把电源引线重新接到线圈上,以消除恒流状态,导致了麻烦的操作。此外,当把处于室温的电源引线插入极低温的液氦中时,将会蒸发大量的液氦。

按照最有效的方法,当磁场强度改变时,励磁电流保持不变即处于恒流状态时,然而当线圈48和52为铜质线圈时,由电源87提供的励磁电流得到减小,从而降低了磁场强度。即便是线圈48和52分别是由超导线圈构成,如果它们并不工作在恒定电流状态,也能以相同于上面描述的方式来减小激励电流。也剩余下来的熔体32由栓晶速度来唯一地确定。因此,为了适合于剩余熔体32的磁场强度,线圈距离由机构61来调节,这个控制是由CPU    76来执行。

当线圈48和52是由工作在恒定电流状态的超导线圈构成的,通过恒定电流开关相连的线圈48和52必须连接在液氦中。如图3所示,容纳线圈48和52的容器50和54通过可挠曲连接部件60相连,可挠曲连接部件60充满了液氮。连接线圈48和52的电流导线穿过可挠曲连接部件60。当调节线圈距离时,可挠曲连接部件60相应地伸长或收缩。

(4)线圈位置和磁场恒定控制如图7C所示,当剩余熔体32是HS-δ时,生长按下列二方法中的一个来完成:(1)因为高度H3很低,剩余下的熔体量小到单晶不能再进一步生长,所以当单晶锭36冷却后,由余下的熔体形成了单晶锭的尾部。

(2)当由余下的熔体可续连单晶生长时,供给线圈48和52的电流以稍微增加加到熔体上的磁场当在整个区域内稍微增加热对流都受到限制时,余下的熔体也能生长成单晶。这时,熔体剩余量很小,温度梯度也很小,当热对流完全受到限制时,足能生长出高质量的单晶锭。

下面参照图9描述按本发明单晶生长装置的第二实施方案。图9中与图3相同的部分用相互的符号表示,这里不在对其作详细的描述。一对线圈110和112被放置在小室46内,用来代替图3中的线圈48和52。因此,线圈110和112的中心轴Z是水平的。线圈110和112的中心轴垂直于单晶锭36的拉晶方向。在此情况下,线圈110和112的磁场分布同图5中所示的相同。图5中的Z轴和线圈的轴线相一致,图5中的X轴和单晶的拉晶方向相一致。磁场的特性与图6和图7所示的相同。为了使用线圈的调节机构120来减小线圈距离,其上带有线圈110和112的容器114和116的磁体垂直驱动机构122能沿导轨124水平地移动。

1、下面描述本发明的第三个实施方案。

对线圈的安培匝数进行改变以向下移动热对流限制区域和热对流区域的界面,参照图3,对线圈48和52的安培匝数进行了改变,此时,线圈48和52的轴线是垂直安置的。

为了获得不同安培匝数的线圈48和52,使线圈48的匝数不同于线圈52的匝数,而不改变通过线圈48和52的电流。作为另一种方法,线圈48和52也可以获独立的外部电源87相连,以改变流过线圈48和52的电流。在后一方法中,可通过控制流过线圈48和52的激励电流来实现对安培匝数的可变控制。

当线圈48和52的安培匝数彼此不同时,线圈48和52提供一个磁场分布,在图5中其X轴或是向上或是向下移动。当线圈48的安培匝数大于线圈52的安培匝数时,X轴向下移动,即向线圈52的安培匝数时,X轴向下移动,即向线圈52移动,椭园形等磁力线磁场分布也同样向下移动,其位移是比于线圈48和52的安培匝数差。当差值增加时,X轴向线圈52移动。然而,当线圈48的安培匝数小于线圈52的安培匝数时,就会产生相反的效应。

当安培匝数按如上所述的方式相互有所不同时,除X轴和移动以外的其他性质与图5中所示的相同。线圈48和52的特征与参照图6和图7所描述的相同,象在此种情况下,当线圈48和52的安培匝数变化时,机在坩锅42处的磁场强度也发生变化。如图3所示,机构65和61能由安培匝数可变控制来替代。当状态从图7A所示的状态变到图7B所示的状态时,在图3所示的实施方案中磁体向下移动。然而,在这个实施方案中,线圈7B所示状态变化到图7C所示变化的而磁体位置保持不变。从图7B所示状态变化到图7C所示状态的操作也可用与上相同的方式来进行。在这个实施方案中,不用机构61和65,就能获得与图3中相同的效果。

在第一实施方案中(图3和图4),借助向下移动线圈和减小线圈距离来调节磁场强度。然而,按第三种实施方案,(图9),能借助于改变线圈的匝数(安培匝数)来调节磁场强度。

也可以通过借助机构65向下移动线圈位置,或通过借助机构61来调节线圈距离,来改变磁场强度,从而达到本发明的目的。此外,借助调节由电路88和90供给线圈48和52的激励电流。也能象在安培匝数相互不相同的情况时一样地区域103与104之间的界面,从而也达到本发明预定的目的。

Claims (15)

1.单晶生长装置,包括:盛放单晶材料熔体的容器;用于加热上述容器内的熔体的加热装置;单晶拉制器、用于把籽晶的浸入熔体和拉制在熔体的固态一液态界面层中生长的单晶。用于在熔体中形成磁场的磁场形成装置其特征在于:磁场形成装置在熔体的上部形成第一磁场区域,并在熔体的下部形成第二磁场区域,第一磁场区域具有能阻止热对流的磁场强度,第二磁场区域具有不阻止热对流的磁场强度;磁场调节装置,用于使磁场的两个区域之间的界面随熔体表面下移而下移。
2.根据权利要求1的装置,其特征在于在所述的磁场形成装置中即包括一对共轴线圈,还包括激励装置,该激励装置对上述线圈对进行激励,以便沿着所述线圈的轴线方向产生出对向的磁通量,从而达到在所述线圈之间施加磁场的目的;在包括上述线圈轴线的平面内磁场具有园形或椭园形的等艘场分布曲线。
3.根据权利要求2的装置,其特征在于所述的磁场调节装置包含线圈下降驱动机构,此机构被用于向下移动所述线圈,从而也把第一和第二磁场区域的边界向下移动到最小高度H2,在这个高度H2,可在熔体中发生充分的发生,这就是熔体的表面位置。
4.根据权利要求3的装置,其特征在于所述磁场调节装置包含用于调节线圈距离的线圈距离调节机构可减小线圈距离,以减小加至熔体上的磁场强度,直到熔体液面在第一与第二磁场区域界面降低到高度H2以后降低到适当高度H3,高度H3是所提供的第一磁场区域能有效地生长单晶时最低高度。
5.根据权利要求4的装置,其特征在于所述磁场调节装置使线圈位置和线圈距离保持恒定,以便在熔体液面降到高度H3之后,把一个给定的磁场强度加到熔体上。
6.根据权利要求3的装置,其特征在于所述磁场调节装置使线圈位置和线圈距离保持恒定,以便在第一与第二磁场区域的界面降到高度H2之后,把一给定的磁场加到熔体上,此时在熔体中仅出现第一磁场区域。
7.根据权利要求2的装置,其特征在于所述磁场调节装置包含改变线圈距离的线圈距离调节机构,随熔体表面位置的下移,该线圈距离调节机构减小线圈距离,以使第一与第二磁场区域间的界面移至高度H2。
8.根据权利要求7的装置,其特征在于所述磁场调节装置使线圈位置和线圈距离保持恒定,以便在第一与第二磁场区域间的界面下降到高度H2以后,一个给定的磁场加到熔体上,在这种磁场下熔体中仅出现第一磁场区域。
9.根据权利要求2的装置,其特征在于所述磁场调节装置包括改变流过所述线圈的激励电流的激励电流调节装置,对所述磁场调节装置进行适当的设置,以便交替地改变所述线圈的激励电流,以便随熔体表面位置的下移而把第一与第二磁场区域的界面降至高度H2,高度H2被定义为在熔体中能有效地发生热对流的最小高度。
10.根据权利要求9的装置,其特征在于所述磁场调节装置使线圈位置和线圈距离保持恒定,以便在第一与第二磁场区域的界面下降到高度H2以后,把一给定的磁场加到熔体上,在这个磁场下熔体中仅出现第一磁场区域。
11.根据权利要求10的装置,其特征在于所述磁场形成装置的所述线圈进行了适当的设置,以使其垂直地伸延,对所述磁场调节装置进行了适当的设置,以便随熔体表面位置和下移,增加上线圈的激励电流并减小流过下线圈的激励电流,从而向下移动第一与第二磁场区域的界面。
12.根据权利要求2的装置,其特征在于所述磁场调节装置包括改变上述线圈匝数的匝数调节装置,所述线圈之一的匝数不同于所述线圈的另一个的匝数,政从而随熔体表面位置的下移而使第一与第二磁场区域的界面移至高度H2,高度H2被定义在熔体的内部能有效地发生热对流的最小高度。
13.根据权利要求2的装置,其特征在于所述线圈包括超导线圈,并且所述磁场形成设备包括一些外罩,这些外罩不仅用于容纳上述线圈,而且用用密封其内的制冷剂。
14.根据权利要求2的装置,其特征在于所述线圈进行适当的设置,以便使其轴线垂直地伸延。
15.根据权利要求2的装置,其特征在于所述线圈进行适当的设置,以使其轴线水平地伸延。
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