[发明专利]一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置

说明书

本发明公开了一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置，磁控拉单晶超导磁体线圈包括两个圆形线圈，两个圆形线圈均为圆环形结构且均倾斜设置，且两个圆形线圈之间交叉设置。本发明实施例在保留马鞍形线圈磁场利用率高、相同磁场强度需求情况下线圈使用量少等优点的基础上，采用圆形线圈降低马鞍形线圈空间圆弧结构的绕线难度，利于提高生产效率。同时圆形线圈在强大的电磁力作用下受力更为合理，缓解了线圈在运行过程中失超的风险。更为重要的是圆形线圈在相同大小的情况下，可以在空间区域内获得更高的磁场均匀性，便于提高磁控拉单晶生产制备的效率。

技术领域

本发明涉及半导体生产设备技术领域，特别涉及一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置。

背景技术

高纯单晶硅广泛应用于太阳能电池、集成电路、半导体等行业，是光伏发电、电子信息等高新技术产业的关键材料之一，在保障能源、信息、国家安全方面具重要的战略地位。

根据已有的文献调研可知，截止目前，磁控拉单晶用超导磁体领域，由于单晶硅加工制备的区域性及垄断性，导致目前国外研制单位主要为日本的住友(Sumitomo)，东芝(Toshiba)及日本超导技术公司(Jastec)等企业，同时该领域磁体制备技术几乎完全处于保密、封锁状态。国内单晶硅相关研究虽与日本同时起步，但就目前总体而言，生产技术水平仍然相对较低，国内消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但经过多年的积累与发展正迎头赶上，近几年也有相关专利进行了保护申请，如CN103106994A、CN110136915A等。然而，以前的磁体大都存在如下问题，如磁体线圈多4个圆形线圈结构甚至更多，结构复杂、磁场利用率不高。特别是4线圈及以上结构由于线圈与线圈之间磁场有相互抵消的问题，导致磁场利用率较低，因此相同磁场需求下超导线的用量较多成本较高。同时，CN210535437U和CN210429450U均采用了如图1和图2所示的马鞍形线圈结构，该结构包括第一马鞍形线圈1和第二马鞍形线圈2，可以很好的避免以上问题，磁体利用率明显提高，产生相同中心磁场B的情况下，超导线的用量不足传统4线圈的1/2，因此相对传统的磁控拉单晶超导磁体生产成本都大大降低。

然而，对于马鞍形线圈也存在一定的缺点，由于磁控拉单晶的磁体直径约为2m，且线圈为马鞍形空间曲面线圈，因此马鞍形线圈的绕制比较困难，耗时较多，这样导致大规模的生产马鞍形磁控拉单晶磁体生产周期及成本都受限于线圈绕制的影响。同时，马鞍形线圈的空间三轴的磁场从中心向外呈现较大的衰减趋势，对于拉单晶需要选定较为均匀的磁场区域，因此马鞍形线圈可用的均匀磁场区域并不是很大，综上如何在保留马鞍形线圈磁场利用率高的基础上，进一步简化线圈绕制的难度，提高磁场均匀区域，成为降低成本提高效率的关键问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置，用以解决现有技术中马鞍形线圈存在绕制难度大和磁场均匀度较差的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体线圈，包括：

两个圆形线圈，两个圆形线圈均为圆环形结构且均倾斜设置，两个圆形线圈之间交叉设置。

在一种可能的实现方式中，两个圆形线圈中的电流方向相反。

在一种可能的实现方式中，两个圆形线圈包括第一圆形线圈和第二圆形线圈，第一圆形线圈的直径大于第二圆形线圈的直径，第二圆形线圈位于第一圆形线圈内部。

在一种可能的实现方式中，两个圆形线圈包括第一圆形线圈和第二圆形线圈，第一圆形线圈和第二圆形线圈的直径相同，第一圆形线圈和第二圆形线圈通过环扣的方式连接在一起。

另一方面，本发明实施例提供了一种超导磁体装置，包括上述的磁控拉单晶超导磁体线圈。

本发明中的一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置，具有以下优点：