JPH11176630A - 単結晶育成用超電導磁石システム - Google Patents
単結晶育成用超電導磁石システムInfo
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- JPH11176630A JPH11176630A JP9337143A JP33714397A JPH11176630A JP H11176630 A JPH11176630 A JP H11176630A JP 9337143 A JP9337143 A JP 9337143A JP 33714397 A JP33714397 A JP 33714397A JP H11176630 A JPH11176630 A JP H11176630A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】静磁場コイルのクエンチ時に液体ヘリウムの蒸
発をなくし、マグネットの漏洩磁場を低減することにあ
る。 【解決手段】単結晶引上げ炉の外側に配置され、対向面
にコイルが巻装される磁極１ｃを有する一対の側面ヨー
ク１ａ及びこの両ヨーク間を継ぐ背面ヨーク１ｂにより
構成された磁性体からなるコイル支持体１と、このコイ
ル支持体１の磁極に酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを巻
装して構成された静磁場コイル２と、この静磁場コイル
２の酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを冷却する冷凍機４
と、この冷凍機４より得られる冷熱を酸化物高温超電導
線４ａ，４ｂに伝達して直接冷却する熱伝達手段６，７
とを備え、コイル支持体１は酸化物高温超電導線４ａ，
４ｂの通電により磁極１ｃ間に発生する静磁場の閉回路
を形成する。
発をなくし、マグネットの漏洩磁場を低減することにあ
る。 【解決手段】単結晶引上げ炉の外側に配置され、対向面
にコイルが巻装される磁極１ｃを有する一対の側面ヨー
ク１ａ及びこの両ヨーク間を継ぐ背面ヨーク１ｂにより
構成された磁性体からなるコイル支持体１と、このコイ
ル支持体１の磁極に酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを巻
装して構成された静磁場コイル２と、この静磁場コイル
２の酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを冷却する冷凍機４
と、この冷凍機４より得られる冷熱を酸化物高温超電導
線４ａ，４ｂに伝達して直接冷却する熱伝達手段６，７
とを備え、コイル支持体１は酸化物高温超電導線４ａ，
４ｂの通電により磁極１ｃ間に発生する静磁場の閉回路
を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハー等
の製作に用いる融解した半導体結晶材料に印加すべき磁
場を発生する単結晶育成用超電導磁石システムに関す
る。
の製作に用いる融解した半導体結晶材料に印加すべき磁
場を発生する単結晶育成用超電導磁石システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】磁場チョクラルスキー結晶成長システム
（以下ＭＣＺシステムと称する）は、融解した半導体結
晶材料に磁場を与えることにより、溶融材料には発生す
る熱対流を抑制し、大口径かつ高品質の結晶インゴット
を製造可能とするものである。
（以下ＭＣＺシステムと称する）は、融解した半導体結
晶材料に磁場を与えることにより、溶融材料には発生す
る熱対流を抑制し、大口径かつ高品質の結晶インゴット
を製造可能とするものである。
【０００３】図６はかかるＭＣＺシステムの一例を示す
もので、その概略構成について述べる。このＭＣＺシス
テムは、融解した半導体結晶材料から結晶を所定の引上
げ方向に引上げる引上げ炉５０、融解した半導体結晶材
料に印加すべき磁場を発生する磁場発生器５１とを備え
ている。
もので、その概略構成について述べる。このＭＣＺシス
テムは、融解した半導体結晶材料から結晶を所定の引上
げ方向に引上げる引上げ炉５０、融解した半導体結晶材
料に印加すべき磁場を発生する磁場発生器５１とを備え
ている。
【０００４】引上げ炉５０は、炉体５０ａ、この炉体５
０ａ内に配置され半導体結晶材料を収容するるつぼ５０
ｂ、このるつぼ５０ｂ内の半導体結晶材料を加熱するヒ
ータ５０ｃ、るつぼ支持機構５０ｄ、結晶を引上げるた
めの引上げ機５２とを具備している。るつぼ支持機構５
０ｄと引上げ機５２との相対回転運動により、結晶るつ
ぼ５０ｂとは相対的に回転される。
０ａ内に配置され半導体結晶材料を収容するるつぼ５０
ｂ、このるつぼ５０ｂ内の半導体結晶材料を加熱するヒ
ータ５０ｃ、るつぼ支持機構５０ｄ、結晶を引上げるた
めの引上げ機５２とを具備している。るつぼ支持機構５
０ｄと引上げ機５２との相対回転運動により、結晶るつ
ぼ５０ｂとは相対的に回転される。
【０００５】磁場発生器５１は、サポート５１ａを介し
て引上げ炉５０の炉体５０ａの外側に配置され、静磁場
コイル５１ｂを内蔵した冷却容器（クライオスタット）
５０ｃを具備している。
て引上げ炉５０の炉体５０ａの外側に配置され、静磁場
コイル５１ｂを内蔵した冷却容器（クライオスタット）
５０ｃを具備している。
【０００６】このような構成のＭＣＺシステムにおい
て、るつぼ５０ａ内に半導体材料５３を入れてヒータ５
０ｃにより加熱し、半導体材料５３を融解させる。この
融解液中に種結晶を挿入し、引上げ機５２により種結晶
を所定の速度で引上げて行くと、固体−液体境界層に結
晶が徐々に成長して行き、大型の結晶が生成される。こ
の際、ヒータ５０ｃの加熱によって誘起される融解液の
流体的運動、即ち熱対流が生じる。
て、るつぼ５０ａ内に半導体材料５３を入れてヒータ５
０ｃにより加熱し、半導体材料５３を融解させる。この
融解液中に種結晶を挿入し、引上げ機５２により種結晶
を所定の速度で引上げて行くと、固体−液体境界層に結
晶が徐々に成長して行き、大型の結晶が生成される。こ
の際、ヒータ５０ｃの加熱によって誘起される融解液の
流体的運動、即ち熱対流が生じる。
【０００７】ここで、上記ＭＣＺシステムにおいて、溶
融材料内の熱的な対流の影響を制御するために磁場発生
器５１より静磁場が与えられている。単結晶原料の融液
は一般に電気伝導体である。このため、電気伝導度を有
する流体が熱対流により運動する際、磁場印加方向と平
行でない方向に運動している流体はレンツの法則によ
り、磁気的抵抗力を受ける。従って、熱対流の運動は阻
止される。
融材料内の熱的な対流の影響を制御するために磁場発生
器５１より静磁場が与えられている。単結晶原料の融液
は一般に電気伝導体である。このため、電気伝導度を有
する流体が熱対流により運動する際、磁場印加方向と平
行でない方向に運動している流体はレンツの法則によ
り、磁気的抵抗力を受ける。従って、熱対流の運動は阻
止される。
【０００８】一般に磁場が印加されたときの磁気抵抗
力、すなわち磁気粘性係数νeff は νeff ＝（μＨＤ）2 σ／ρ ここで、Ｈ：磁場強度 Ｄ：るつぼ直径 σ：融液の電気伝導度 ρ：融液の密度 となり、磁場強度Ｈが増大すると磁気粘性係数νeff が
増大し、熱対流を抑えることができる。
力、すなわち磁気粘性係数νeff は νeff ＝（μＨＤ）2 σ／ρ ここで、Ｈ：磁場強度 Ｄ：るつぼ直径 σ：融液の電気伝導度 ρ：融液の密度 となり、磁場強度Ｈが増大すると磁気粘性係数νeff が
増大し、熱対流を抑えることができる。
【０００９】近年、るつぼの直径Ｄが大きくなるにつれ
て使用する磁場強度Ｈも強いものが要求されている。か
かる要求を満足する磁場発生器、すなわち磁石も大型で
強磁場発生可能なものとして液体ヘリウムを用いた超電
導磁石を使用しているのが現状である。
て使用する磁場強度Ｈも強いものが要求されている。か
かる要求を満足する磁場発生器、すなわち磁石も大型で
強磁場発生可能なものとして液体ヘリウムを用いた超電
導磁石を使用しているのが現状である。
【００１０】この超電導磁石は前述したように冷却容器
５１ａと静磁場コイル５１ｂから構成されている。ま
た、最近では液体ヘリウムを使用しない超電導マグネッ
トも開発されてきているが、これらは４ｋ冷凍機を用い
て静磁場コイルの温度を冷却する、いわゆる低温超電導
線材を用いたものである。
５１ａと静磁場コイル５１ｂから構成されている。ま
た、最近では液体ヘリウムを使用しない超電導マグネッ
トも開発されてきているが、これらは４ｋ冷凍機を用い
て静磁場コイルの温度を冷却する、いわゆる低温超電導
線材を用いたものである。
【００１１】ところで、従来の超電導磁石は、その動作
に液体ヘリウムや液体窒素等の極低温冷媒を使用してい
る。従って、極低温冷媒収集容器は磁石のクエンチの際
に圧力サージに耐えるように法規によって定められた圧
力容器に従って設計する必要がある。また、急激に気化
したガスを放出するための排気ダクトの設置やその際に
ガス放出口が人に影響のないような最新の注意が必要に
なる。
に液体ヘリウムや液体窒素等の極低温冷媒を使用してい
る。従って、極低温冷媒収集容器は磁石のクエンチの際
に圧力サージに耐えるように法規によって定められた圧
力容器に従って設計する必要がある。また、急激に気化
したガスを放出するための排気ダクトの設置やその際に
ガス放出口が人に影響のないような最新の注意が必要に
なる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような超
電導磁石においては、液体ヘリウムを使用した場合で
も、使用しない場合でも動作温度が低いため、比熱が小
さく、擾乱による発熱に対してもコイルの温度上昇が大
きくなり、クエンチの発生確率が比較的高い。
電導磁石においては、液体ヘリウムを使用した場合で
も、使用しない場合でも動作温度が低いため、比熱が小
さく、擾乱による発熱に対してもコイルの温度上昇が大
きくなり、クエンチの発生確率が比較的高い。
【００１３】従って、一度クエンチが発生すると単結晶
を引上げて運転を停止しなくてはならないため、残りの
融液が使用できなくなり、大きな損失を招くことにな
る。また、使用しているマグネットからの漏洩磁場が大
きく、作業者や近傍を通行する人の安全を考慮したり、
隣接して他の超電導磁石を漏洩磁束の影響を受けないよ
うに配置する場合には、作業空間を大きく制限しなけれ
ばならないため、工業生産に使用するものとしては大き
な問題である。
を引上げて運転を停止しなくてはならないため、残りの
融液が使用できなくなり、大きな損失を招くことにな
る。また、使用しているマグネットからの漏洩磁場が大
きく、作業者や近傍を通行する人の安全を考慮したり、
隣接して他の超電導磁石を漏洩磁束の影響を受けないよ
うに配置する場合には、作業空間を大きく制限しなけれ
ばならないため、工業生産に使用するものとしては大き
な問題である。
【００１４】本発明は上記のような問題を解消するため
なされたもので、静磁場コイルのクエンチ時に液体ヘリ
ウムの蒸発をなくし、マグネットの漏洩磁場を低減した
単結晶引上げ用超電導磁石システムを提供することを目
的とする。
なされたもので、静磁場コイルのクエンチ時に液体ヘリ
ウムの蒸発をなくし、マグネットの漏洩磁場を低減した
単結晶引上げ用超電導磁石システムを提供することを目
的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により単結晶引上げ用超電
導磁石システムを構成するものである。請求項１に対応
する発明は、単結晶引上げ炉の外側に配置され、対向面
にコイルが巻装される磁極を有する一対の側面ヨーク及
びこの両ヨーク間を継ぐ背面ヨークにより構成された磁
性体からなるコイル支持体と、このコイル支持体の前記
磁極に酸化物高温超電導線を巻装して構成された静磁場
コイルと、この静磁場コイルの前記酸化物高温超電導線
を冷却する冷凍機と、この冷凍機より得られる冷熱を前
記酸化物高温超電導線に伝達して直接冷却する熱伝達手
段とを備え、前記コイル支持体は前記酸化物高温超電導
線の通電により前記磁極間に発生する静磁場の閉回路を
形成するものである。
成するため、次のような手段により単結晶引上げ用超電
導磁石システムを構成するものである。請求項１に対応
する発明は、単結晶引上げ炉の外側に配置され、対向面
にコイルが巻装される磁極を有する一対の側面ヨーク及
びこの両ヨーク間を継ぐ背面ヨークにより構成された磁
性体からなるコイル支持体と、このコイル支持体の前記
磁極に酸化物高温超電導線を巻装して構成された静磁場
コイルと、この静磁場コイルの前記酸化物高温超電導線
を冷却する冷凍機と、この冷凍機より得られる冷熱を前
記酸化物高温超電導線に伝達して直接冷却する熱伝達手
段とを備え、前記コイル支持体は前記酸化物高温超電導
線の通電により前記磁極間に発生する静磁場の閉回路を
形成するものである。
【００１６】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、静磁場コイルは熱伝導度の真空パイプ内に酸化物高
温超電導線を設けて構成される。
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、静磁場コイルは熱伝導度の真空パイプ内に酸化物高
温超電導線を設けて構成される。
【００１７】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、熱伝達手段は外側の熱伝導度が小さく、内側の熱伝
導度が大きい二重管構成でその間を真空状態にした真空
パイプにより構成され、且つ冷凍機より伝達される冷熱
により真空パイプ先端に取付けられた熱伝達媒体を介し
て酸化物高温超電導線を直接冷却する。
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、熱伝達手段は外側の熱伝導度が小さく、内側の熱伝
導度が大きい二重管構成でその間を真空状態にした真空
パイプにより構成され、且つ冷凍機より伝達される冷熱
により真空パイプ先端に取付けられた熱伝達媒体を介し
て酸化物高温超電導線を直接冷却する。
【００１８】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、コイル支持体は少なくとも両側面ヨークの対向面間
の距離が調整可能に分割され、且つ磁気的に結合可能に
構成される。
応する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにおい
て、コイル支持体は少なくとも両側面ヨークの対向面間
の距離が調整可能に分割され、且つ磁気的に結合可能に
構成される。
【００１９】従って、上記請求項１乃至請求項４に対応
する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにあって
は、静磁場コイルの通電により磁極より発生した磁力線
は、各ヨークを磁路とする閉磁路回路を通ることにな
り、従って漏洩磁場が小さくなり、周囲の作業物体や作
業者への影響が低減できる。
する発明の単結晶育成用超電導磁石システムにあって
は、静磁場コイルの通電により磁極より発生した磁力線
は、各ヨークを磁路とする閉磁路回路を通ることにな
り、従って漏洩磁場が小さくなり、周囲の作業物体や作
業者への影響が低減できる。
【００２０】また、液体ヘリウムや液体窒素等の極低温
媒体を使用しないで超電導状態が生成されるので、クエ
ンチ時のガスの放出がなく、低温容器の圧力上昇の問題
も解決される。また高温超電導線を使用することによ
り、動作温度高くなるため、比熱が大きくなり、擾乱に
よる発熱に対してもコイル温度上昇が小さくクエンチの
し難い磁石システムとなる。
媒体を使用しないで超電導状態が生成されるので、クエ
ンチ時のガスの放出がなく、低温容器の圧力上昇の問題
も解決される。また高温超電導線を使用することによ
り、動作温度高くなるため、比熱が大きくなり、擾乱に
よる発熱に対してもコイル温度上昇が小さくクエンチの
し難い磁石システムとなる。
【００２１】さらに、請求項４に対応する発明の単結晶
育成用超電導磁石システムにあっては、両側面ヨークの
間隔を適宜可変することができるので、静磁場コイルの
間隔を目的に応じた間隔に自由に調整することができ
る。
育成用超電導磁石システムにあっては、両側面ヨークの
間隔を適宜可変することができるので、静磁場コイルの
間隔を目的に応じた間隔に自由に調整することができ
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による単結晶引上げ用
超電導磁石システムの第１の実施の形態におけるコイル
支持フレームを示す斜視図であり、図２は同超電導磁石
システムを示す鉛直方向をＺ軸としたときの水平面（Ｘ
−Ｙ面）での断面図である。
参照して説明する。図１は本発明による単結晶引上げ用
超電導磁石システムの第１の実施の形態におけるコイル
支持フレームを示す斜視図であり、図２は同超電導磁石
システムを示す鉛直方向をＺ軸としたときの水平面（Ｘ
−Ｙ面）での断面図である。
【００２３】図１及び図２において、１は一対の対向す
る側面ヨーク１ａとこれら両側面ヨーク間を継ぐ背面ヨ
ーク１ｂにより全体をコ字形に形成され、且つ側面ヨー
ク１ａの対向面に円柱状の磁極１ｃをそれぞれ有する鉄
製のコイル支持フレームである。このコイル支持フレー
ム１の各側面ヨーク１ａに有する磁極１ｃに静磁場コイ
ル２がそれぞれ巻装されている。
る側面ヨーク１ａとこれら両側面ヨーク間を継ぐ背面ヨ
ーク１ｂにより全体をコ字形に形成され、且つ側面ヨー
ク１ａの対向面に円柱状の磁極１ｃをそれぞれ有する鉄
製のコイル支持フレームである。このコイル支持フレー
ム１の各側面ヨーク１ａに有する磁極１ｃに静磁場コイ
ル２がそれぞれ巻装されている。
【００２４】これら静磁場コイル２はアルミニウムまた
はステンレス等からなるチューブ状の真空容器３ａ，３
ｂ内に酸化物高温超電導線４ａ，４ｂがそれぞれ挿入さ
れたものである。
はステンレス等からなるチューブ状の真空容器３ａ，３
ｂ内に酸化物高温超電導線４ａ，４ｂがそれぞれ挿入さ
れたものである。
【００２５】なお、静磁場コイル２には図示しない電流
リードやケーブルが接続され、電源より電流が供給され
るものである。一方、５は２０Ｋ／８０Ｋ（絶対温度）
冷凍機で、この冷凍機５には熱伝導度の大きい材質、例
えば銅からなる内側管及び熱伝導度の小さい材質、例え
ばステンレスからなる外側管の間を真空状態にした二重
管構造の真空パイプ６が取付けられ、この真空パイプ６
の端部はコイル支持フレーム１の背面ヨーク１ｂを貫通
させて静磁場コイル２側にそれぞれ導かれ、さらに真空
容器３ａ，３ｂを気密に貫通させて酸化物高温超電導線
４ａ，４ｂに例えば窒化アルミニウムからなる熱伝達媒
体７を介して接触させ、冷凍機５から真空パイプ６を通
して伝達される冷熱により酸化物高温超電導線４ａ，４
ｂが冷却されるようにしてある。
リードやケーブルが接続され、電源より電流が供給され
るものである。一方、５は２０Ｋ／８０Ｋ（絶対温度）
冷凍機で、この冷凍機５には熱伝導度の大きい材質、例
えば銅からなる内側管及び熱伝導度の小さい材質、例え
ばステンレスからなる外側管の間を真空状態にした二重
管構造の真空パイプ６が取付けられ、この真空パイプ６
の端部はコイル支持フレーム１の背面ヨーク１ｂを貫通
させて静磁場コイル２側にそれぞれ導かれ、さらに真空
容器３ａ，３ｂを気密に貫通させて酸化物高温超電導線
４ａ，４ｂに例えば窒化アルミニウムからなる熱伝達媒
体７を介して接触させ、冷凍機５から真空パイプ６を通
して伝達される冷熱により酸化物高温超電導線４ａ，４
ｂが冷却されるようにしてある。
【００２６】次にこのような構成の単結晶引上げ用超電
導磁石システムの作用を述べる。いま、コイル支持フレ
ーム１の対向する両側面ヨーク１ａ間に単結晶原料の融
液が収容されたるつぼが配置されているものとする。こ
のような状態で静磁場コイル４を構成する酸化物高温超
電導線４ａ，４ｂに図示しない電源より電流が供給され
ると、溶融材料内の熱的な対流の影響を制御するための
静磁場が与えられ、熱対流を抑えることが可能となる。
導磁石システムの作用を述べる。いま、コイル支持フレ
ーム１の対向する両側面ヨーク１ａ間に単結晶原料の融
液が収容されたるつぼが配置されているものとする。こ
のような状態で静磁場コイル４を構成する酸化物高温超
電導線４ａ，４ｂに図示しない電源より電流が供給され
ると、溶融材料内の熱的な対流の影響を制御するための
静磁場が与えられ、熱対流を抑えることが可能となる。
【００２７】この場合、超電導磁石から発生する磁力線
は一方の側面ヨーク１ａの磁極１ｃから他方の側面ヨー
ク１ａの磁極１ｃに向って流れ、背面ヨーク１ｂを通っ
て元へ戻る閉磁路が形成される。
は一方の側面ヨーク１ａの磁極１ｃから他方の側面ヨー
ク１ａの磁極１ｃに向って流れ、背面ヨーク１ｂを通っ
て元へ戻る閉磁路が形成される。
【００２８】また、静磁場コイル４を構成する酸化物高
温超電導線４ａ，４ｂは冷凍機５より真空パイプ６を通
して伝達される冷熱により熱伝達媒体７を介して直接冷
却され、超電導状態となる。
温超電導線４ａ，４ｂは冷凍機５より真空パイプ６を通
して伝達される冷熱により熱伝達媒体７を介して直接冷
却され、超電導状態となる。
【００２９】このように本発明の第１の実施の形態で
は、一対の対向する側面ヨーク１ａと背面ヨーク１ｂに
より全体をコ字形に形成され、且つ側面ヨーク１ａの対
向面に円柱状の磁極１ｃをそれぞれ有する鉄製のコイル
支持フレームとし、このコイル支持フレーム１の各側面
ヨーク１ａに有する磁極１ｃに静磁場コイル２をそれぞ
れ巻装して超電導磁石を構成したので、静磁場コイル２
の通電により磁極１ｃより発生した磁力線は、各ヨーク
を磁路とする閉磁路回路を通ることになり、従って漏洩
磁場が小さくなり、周囲の作業物体や作業者への影響が
低減できる。
は、一対の対向する側面ヨーク１ａと背面ヨーク１ｂに
より全体をコ字形に形成され、且つ側面ヨーク１ａの対
向面に円柱状の磁極１ｃをそれぞれ有する鉄製のコイル
支持フレームとし、このコイル支持フレーム１の各側面
ヨーク１ａに有する磁極１ｃに静磁場コイル２をそれぞ
れ巻装して超電導磁石を構成したので、静磁場コイル２
の通電により磁極１ｃより発生した磁力線は、各ヨーク
を磁路とする閉磁路回路を通ることになり、従って漏洩
磁場が小さくなり、周囲の作業物体や作業者への影響が
低減できる。
【００３０】一方、静磁場コイル２はアルミニウムまた
はステンレス等からなるチューブ状の真空容器３ａ，３
ｂ内に設けられた酸化物高温超電導線４ａ，４ｂにより
形成され、冷凍機５より伝熱媒体を介して伝達される冷
熱により直接冷却することで超電導状態になし得るの
で、従来のように液体ヘリウムや液体窒素等の極低温冷
媒を使用しないで超電導状態が生成可能になり、クエン
チ時のガスの放出がなく、また低温容器の圧力上昇の問
題も解決できる。
はステンレス等からなるチューブ状の真空容器３ａ，３
ｂ内に設けられた酸化物高温超電導線４ａ，４ｂにより
形成され、冷凍機５より伝熱媒体を介して伝達される冷
熱により直接冷却することで超電導状態になし得るの
で、従来のように液体ヘリウムや液体窒素等の極低温冷
媒を使用しないで超電導状態が生成可能になり、クエン
チ時のガスの放出がなく、また低温容器の圧力上昇の問
題も解決できる。
【００３１】また、高温超電導線を使用することによ
り、動作温度が高く、比熱が大きいため、擾乱による発
熱に対してもコイル温度上昇が小さく、クエンチのし難
い磁石システムとなる。
り、動作温度が高く、比熱が大きいため、擾乱による発
熱に対してもコイル温度上昇が小さく、クエンチのし難
い磁石システムとなる。
【００３２】なお、上記第１の実施の形態においては、
酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを２０Ｋに冷やすため、
２段式の２０Ｋ／８０Ｋ冷凍機を使用したが、酸化物超
電導導体の転移温度が７７ｋ以上の物を使用する場合は
各コイル温度は７７ｋ以上の温度に冷やされていればよ
いので、この場合の冷凍機としては１段式の７７Ｋ冷凍
機で十分である。
酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを２０Ｋに冷やすため、
２段式の２０Ｋ／８０Ｋ冷凍機を使用したが、酸化物超
電導導体の転移温度が７７ｋ以上の物を使用する場合は
各コイル温度は７７ｋ以上の温度に冷やされていればよ
いので、この場合の冷凍機としては１段式の７７Ｋ冷凍
機で十分である。
【００３３】図３は本発明による単結晶引上げ用超電導
磁石システムの第２の実施の形態にを示す鉛直方向をＺ
軸としたときの水平面（Ｘ−Ｙ面）での断面図であり、
図２と同一部品には同一符号を付して説明する。
磁石システムの第２の実施の形態にを示す鉛直方向をＺ
軸としたときの水平面（Ｘ−Ｙ面）での断面図であり、
図２と同一部品には同一符号を付して説明する。
【００３４】第２の実施の形態では、超電導磁石を構成
するコイル支持フレーム１の背面ヨーク１ｂの中央部を
Ｚ軸方向に分割し、その分割部を鉄等の磁性材料からな
る接合体１ｃにより磁気的に接続する構成とし、また静
磁場コイル２を形成する酸化物高温超電導線４ａ，４ｂ
に対応させて冷凍機９ａ，９ｂを設け、この冷凍機９
ａ，９ｂより図２と同一構成の真空パイプ８ａ，８ｂを
通して冷熱を酸化物高温超電導線４ａ，４ｂにそれぞれ
接触させて設けた伝熱媒体７に伝達可能にして直接冷却
する構成としたものである。
するコイル支持フレーム１の背面ヨーク１ｂの中央部を
Ｚ軸方向に分割し、その分割部を鉄等の磁性材料からな
る接合体１ｃにより磁気的に接続する構成とし、また静
磁場コイル２を形成する酸化物高温超電導線４ａ，４ｂ
に対応させて冷凍機９ａ，９ｂを設け、この冷凍機９
ａ，９ｂより図２と同一構成の真空パイプ８ａ，８ｂを
通して冷熱を酸化物高温超電導線４ａ，４ｂにそれぞれ
接触させて設けた伝熱媒体７に伝達可能にして直接冷却
する構成としたものである。
【００３５】従って、このような構成の単結晶引上げ用
超電導磁石システムとすれば、第１の実施の形態と同様
に静磁場コイル２の通電により磁極１ｃより発生した磁
力線は、各ヨークを磁路とする閉磁路回路を通ることに
なり、従って漏洩磁場が小さくなり、周囲の作業物体や
作業者への影響が低減できる。また、冷凍機９ａ，９ｂ
より伝熱媒体を介して伝達される冷熱により静磁場コイ
ル２の酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを直接冷却するこ
とで超電導状態になし得るので、従来のように液体ヘリ
ウムや液体窒素等の極低温冷媒を使用しないで超電導状
態が生成可能になり、クエンチ時のガスの放出がなく、
また低温容器の圧力上昇の問題も解決できる。
超電導磁石システムとすれば、第１の実施の形態と同様
に静磁場コイル２の通電により磁極１ｃより発生した磁
力線は、各ヨークを磁路とする閉磁路回路を通ることに
なり、従って漏洩磁場が小さくなり、周囲の作業物体や
作業者への影響が低減できる。また、冷凍機９ａ，９ｂ
より伝熱媒体を介して伝達される冷熱により静磁場コイ
ル２の酸化物高温超電導線４ａ，４ｂを直接冷却するこ
とで超電導状態になし得るので、従来のように液体ヘリ
ウムや液体窒素等の極低温冷媒を使用しないで超電導状
態が生成可能になり、クエンチ時のガスの放出がなく、
また低温容器の圧力上昇の問題も解決できる。
【００３６】さらに、コイル支持フレーム１は背面ヨー
ク１ｂの中央をＺ軸方向に２分割され、その分割部を接
合体１ｃにより磁気的に接続する構成としたので、両側
面ヨーク１ａ，１ａの間隔を適宜可変することができ、
従って静磁場コイル２の間隔を目的に応じた間隔に自由
に調整することができる。
ク１ｂの中央をＺ軸方向に２分割され、その分割部を接
合体１ｃにより磁気的に接続する構成としたので、両側
面ヨーク１ａ，１ａの間隔を適宜可変することができ、
従って静磁場コイル２の間隔を目的に応じた間隔に自由
に調整することができる。
【００３７】上記第１の実施の形態及び第２の実施の形
態では、コイル支持フレーム１の両側面ヨーク１ａに円
柱状の電極１ｃを設け、この電極１ｃに静磁場コイル２
を巻装するようにしたが、図４に示すように電極１ｃの
形状として外周面に円弧状の凹部１ｄを形成し、この凹
部１ｄに静磁場コイル２を食込ませて巻装することによ
り、静磁場コイル２を電極１ｃに保持された状態で固定
できる。
態では、コイル支持フレーム１の両側面ヨーク１ａに円
柱状の電極１ｃを設け、この電極１ｃに静磁場コイル２
を巻装するようにしたが、図４に示すように電極１ｃの
形状として外周面に円弧状の凹部１ｄを形成し、この凹
部１ｄに静磁場コイル２を食込ませて巻装することによ
り、静磁場コイル２を電極１ｃに保持された状態で固定
できる。
【００３８】また、上記各の実施の形態では、コイル支
持フレーム１の両側面ヨーク１ａ間にるつぼを配置して
水平方向の静磁場を発生させるようにしたが、さらにコ
イル支持フレーム１の上部及び下部に鉛直方向の静磁場
を発生する図５に示すようなコイル支持フレーム１１を
配置して同極対向磁石を構成することにより、るつぼに
収容された単結晶原料の融液内に等軸対称的かつ放射状
のカスブ磁場を作ることもできる。
持フレーム１の両側面ヨーク１ａ間にるつぼを配置して
水平方向の静磁場を発生させるようにしたが、さらにコ
イル支持フレーム１の上部及び下部に鉛直方向の静磁場
を発生する図５に示すようなコイル支持フレーム１１を
配置して同極対向磁石を構成することにより、るつぼに
収容された単結晶原料の融液内に等軸対称的かつ放射状
のカスブ磁場を作ることもできる。
【００３９】さらに、上記各実施の形態ではコイル支持
フレーム１の両側面間に存する空間部にるつぼを配置し
てるつぼに収容された単結晶原料の融液に水平方向の静
磁場を発生させる場合について述べたが、コイル支持フ
レーム１を上下に移動させる移動機構を設け、結晶が徐
々に成長するに伴ってるつぼ内の固体−液体境界の鉛直
方向に対する高さ位置の変化に応じてコイル支持フレー
ム１を上下に移動させるようにしてもよい。
フレーム１の両側面間に存する空間部にるつぼを配置し
てるつぼに収容された単結晶原料の融液に水平方向の静
磁場を発生させる場合について述べたが、コイル支持フ
レーム１を上下に移動させる移動機構を設け、結晶が徐
々に成長するに伴ってるつぼ内の固体−液体境界の鉛直
方向に対する高さ位置の変化に応じてコイル支持フレー
ム１を上下に移動させるようにしてもよい。
【００４０】なお、本発明は上記し、且つ図面に示す実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更し
ない範囲内で種々変形して実施できるものである。例え
ば上記各実施の形態ではコイル支持フレームを鉄製とし
たが、磁性体であれば他の材質を用いてもよい。
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更し
ない範囲内で種々変形して実施できるものである。例え
ば上記各実施の形態ではコイル支持フレームを鉄製とし
たが、磁性体であれば他の材質を用いてもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、静磁
場コイルのクエンチ時に液体ヘリウムの蒸発をなくし、
マグネットの漏洩磁場を低減した単結晶引上げ用超電導
磁石システムを提供することができる。
場コイルのクエンチ時に液体ヘリウムの蒸発をなくし、
マグネットの漏洩磁場を低減した単結晶引上げ用超電導
磁石システムを提供することができる。
【図１】本発明による単結晶引上げ用超電導磁石システ
ムの第１の実施の形態におけるコイル支持フレームを示
す斜視図。
ムの第１の実施の形態におけるコイル支持フレームを示
す斜視図。
【図２】同実施の形態の超電導磁石システムを示す鉛直
方向をＺ軸としたときのＸ−Ｙ面での断面図。
方向をＺ軸としたときのＸ−Ｙ面での断面図。
【図３】本発明による単結晶引上げ用超電導磁石システ
ムの第２の実施の形態を示す鉛直方向をＺ軸としたとき
のＸ−Ｙ面での断面図。
ムの第２の実施の形態を示す鉛直方向をＺ軸としたとき
のＸ−Ｙ面での断面図。
【図４】第１及び第２の実施の形態において、コイル支
持フレームの他の構成例の要部を示す断面図。
持フレームの他の構成例の要部を示す断面図。
【図５】第１及び第２の実施の形態におけるコイル支持
フレームと組み合わせて使用される別個のコイル支持フ
レームを示す断面図。
フレームと組み合わせて使用される別個のコイル支持フ
レームを示す断面図。
【図６】磁場チョクラルスキー結晶成長システムの一例
を示す概略構成図。
を示す概略構成図。
１……コイル支持フレーム １ａ……側面ヨーク １ｂ……背面ヨーク １ｃ……結合体 ２……静磁場コイル ３ａ，３ｂ……真空パイプ ４ａ，４ｂ……酸化物高温超電導線 ５，９ａ，９ｂ……冷凍機 ６，８ａ，８ｂ……真空パイプ
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶引上げ炉の外側に配置され、対向
面にコイルが巻装される磁極を有する一対の側面ヨーク
及びこの両ヨーク間を継ぐ背面ヨークにより構成された
磁性体からなるコイル支持体と、このコイル支持体の前
記磁極に酸化物高温超電導線を巻装して構成された静磁
場コイルと、この静磁場コイルの前記酸化物高温超電導
線を冷却する冷凍機と、この冷凍機より得られる冷熱を
前記酸化物高温超電導線に伝達して直接冷却する熱伝達
手段とを備え、前記コイル支持体は前記酸化物高温超電
導線の通電により前記磁極間に発生する静磁場の閉回路
を形成することを特徴とする単結晶育成用超電導磁石シ
ステム。 - 【請求項２】 請求項１記載の単結晶育成用超電導磁石
システムにおいて、静磁場コイルは真空パイプ内に酸化
物高温超電導線を設けて構成されたことを特徴とする単
結晶育成用超電導磁石システム。 - 【請求項３】 請求項１記載の単結晶育成用超電導磁石
システムにおいて、熱伝達手段は外側の熱伝導度が小さ
く、内側の熱伝導度が大きい二重管構成でその間を真空
状態にした真空パイプにより構成され、且つ冷凍機より
伝達される冷熱により真空パイプ先端に取付けられた熱
伝達媒体を介して酸化物高温超電導線を直接冷却するこ
とを特徴とする単結晶育成用超電導磁石システム。 - 【請求項４】 請求項１記載の単結晶育成用超電導磁石
システムにおいて、コイル支持体は少なくとも両側面ヨ
ークの対向面間の距離が調整可能に分割され、且つ磁気
的に結合可能に構成されたことを特徴とする単結晶育成
用超電導磁石システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9337143A JPH11176630A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 単結晶育成用超電導磁石システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9337143A JPH11176630A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 単結晶育成用超電導磁石システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11176630A true JPH11176630A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18305856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9337143A Pending JPH11176630A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 単結晶育成用超電導磁石システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11176630A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2364784A (en) * | 2000-04-25 | 2002-02-06 | Siemens Ag | Electric coil with cooling means |
| US7040804B2 (en) | 2002-12-18 | 2006-05-09 | The Institute Of Space And Astronautical Science | Method for measuring diffusion coefficient in conductive melts, and apparatus for measuring the same |
| WO2009145149A1 (ja) * | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| JP4950363B1 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-06-13 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| WO2024084908A1 (ja) * | 2022-10-19 | 2024-04-25 | テラル株式会社 | 冷却システム、磁場発生装置、及び、運転方法 |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP9337143A patent/JPH11176630A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2364784A (en) * | 2000-04-25 | 2002-02-06 | Siemens Ag | Electric coil with cooling means |
| US6774631B2 (en) | 2000-04-25 | 2004-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic resonance gradient coil with a heat insulator disposed between the electrical conductor and the carrier structure |
| GB2364784B (en) * | 2000-04-25 | 2005-01-12 | Siemens Ag | Electric coil |
| US7040804B2 (en) | 2002-12-18 | 2006-05-09 | The Institute Of Space And Astronautical Science | Method for measuring diffusion coefficient in conductive melts, and apparatus for measuring the same |
| EP2287366A1 (en) * | 2008-05-26 | 2011-02-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting magnet device for single crystal puller |
| JP2010006687A (ja) * | 2008-05-26 | 2010-01-14 | Toshiba Corp | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| WO2009145149A1 (ja) * | 2008-05-26 | 2009-12-03 | 株式会社東芝 | 単結晶引上げ装置用超電導マグネット装置 |
| US8280468B2 (en) | 2008-05-26 | 2012-10-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting magnet device for single crystal pulling apparatus |
| EP2287366A4 (en) * | 2008-05-26 | 2012-11-21 | Toshiba Kk | SUPERCONDUCTIVE MAGNETIC DEVICE FOR CRYSTAL BREEDERS |
| JP4950363B1 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-06-13 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| WO2012127604A1 (ja) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| US8989827B2 (en) | 2011-03-22 | 2015-03-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Superconducting magnet |
| WO2024084908A1 (ja) * | 2022-10-19 | 2024-04-25 | テラル株式会社 | 冷却システム、磁場発生装置、及び、運転方法 |
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