[实用新型]单晶炉勾形电磁场装置

说明书

技术领域

本实用新型装置属于半导体制造技术领域，涉及一种单晶炉勾形电磁场装置。

背景技术

直拉硅单晶向大直径方向发展，投料量急剧增加，大熔体的热对流将会严重影响晶体的质量。晶体生长过程中加入磁场可以有效抑制熔体对流，提高晶体质量。目前，使用的磁场主要是分布为水平方向的横向磁场和垂直方向的纵向磁场来抑制热对流。但是，这两种磁场都是单一方向，它们仅对与自己磁力线垂直方向或成一定角度的部分热对流起抑制，而与磁力线平行方向的热对流不起任何抑制，即热对流在熔融体内不能完全被抑制。因此，采用这两种磁场拉制的单晶棒仍存在着纵向和径向氧以及掺杂含量不均匀的现象。为了克服以上磁场的缺陷，人们提出了一种较为先进的非均匀磁场——勾形磁场(Cusp Magnetic field)。该磁场的磁力线分布是以轴及上下对称兼有径向和纵向分量的发散型磁场，可有效地抑制热对流、单晶和坩埚相对旋转产生强迫对流，单晶的质量得到进一步提高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单晶炉勾形电磁场装置，解决现有技术中存在的利用单纯的横向磁场和纵向磁场来抑制热对流，热对流在熔融体内不能完全被抑制的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种单晶炉勾形电磁场装置，在单晶炉炉腔体内设置有石磨加热器，石磨加热器内设置有石磨套，石磨套内设置有坩锅，其特点是，在单晶炉炉腔体的外周设置有屏蔽体，屏蔽体的内侧上端安装有线圈a，屏蔽体的内侧下端安装有线圈b。

线圈a与线圈b的匝数、线圈半径、纵向和轴向层数、导线面积以及线包的绕制方式相同。

线圈a和线圈b是螺旋管直流线圈。

线圈a和线圈b由空心方紫铜管密绕而成。

屏蔽体选用高磁导率的DT4E型纯铁材料。

本实用新型由于采取了线圈a和线圈b的上下平行的勾形磁场布置方式，因此就会在直拉法生长晶体过程中，有效抑制了单晶炉坩埚内的各种影响晶体质量的熔体对流，明显降低了纵向和径向氧，改善了杂质均匀性，从而显著提高了生长晶体的质量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的磁场控制电路工作原理示意图；

图3是采用本实用新型后，坩锅内液面出磁力线的分布示意图；

图4是本实用新型利用的勾形磁场磁力线分布曲线原理图；

图5是本实用新型实施例的勾形磁场装置内磁力线分布示意图。

图中，1.线圈a，2.屏蔽体，3.线圈b，4.炉腔体，5.晶体，6.石磨加热器，7.石磨套，8.坩锅，9.熔体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型利用了勾形磁场的原理，提供了一种在晶体生长过程中，可以显著提高晶体质量和改善杂质均匀性的直流电磁场装置，利用磁场对各种对流发挥抑制作用。勾形磁场(Cusp Magnetic field)是一种较为先进的非均匀磁场。该磁场的磁力线分布是以轴及上下对称兼有径向和纵向分量的发散型磁场，可有效地抑制热对流、单晶和坩埚相对旋转产生强迫对流，从而使晶体的品质得到进一步改善。

如图1所示，现有的炉腔体4内设置有石磨加热器6，石磨加热器6内设置有石磨套7，石磨套7内设置有坩锅8。本实用新型是在炉腔体4的外周设置屏蔽体2，屏蔽体2的内侧上端安装有线圈a1，屏蔽体2的内侧下端安装有线圈b3。

线圈a1和线圈b3是螺旋管直流线圈，由空心方紫铜管密绕而成。线圈a1和线圈b3的匝数、线圈半径、纵向和轴向层数、导线面积以及线包的绕制方式相同。线包的绕制方法采用多路并行绕制，然后再将各路线圈通过铜带按同一绕制方向串联在一起，且连接线及连接点满足线圈的额定电流。采用多路并行绕制的目的是为线圈提供多路并联的通水冷却方式。

屏蔽体2由高磁导率的DT4E型纯铁材料加工，是具有一定壁厚的桶型圆柱磁屏蔽体，具有良好导磁性、剩磁少。由于DT4E型纯铁材料构成的屏蔽体壁磁阻远远低于空气的磁阻，因此两个磁场线圈外部的磁力线几乎全部通过高导磁率的屏蔽体壁分别从各自N极回到S极。其目的是降低磁阻减少外部磁路的损耗，提高线圈内部磁场强度；同时，避免了磁场外部空间的磁场对外部设备和人体的影响以及环境的污染。