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《单晶炉横向磁场的优化设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第38卷第1期人工晶体学报Vol.38No.12009年2月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSFebruary,2009单晶炉横向磁场的优化设计与实现安涛,高勇,刘飞航,顾林晴(西安理工大学,西安710048)摘要:本文利用有限元法对152.4mm(6inch)单晶炉355.6mm(14inch)坩埚横向磁场的磁场强度、磁场分布和均匀度,以及线圈匝数、铁芯半径、导线截面积、磁极宽度和高度等影响因素进行了模拟分析和优化。在此基础上得到了磁场的优化参数,并对优化设计参数进行了实验验证。结果表明:模拟方法合理,结果正确、符合实际,可运用于实际设计。为磁场设计提供了一
2、种可靠的模拟新方法和经验数据。关键词:有限元;横向磁场;单晶炉;磁场强度中图分类号:TP15文献标识码:A文章编号:10002985X(2009)0120259206OptimumDesignandRealizationofTransverseMagneticFieldinSingleCrystalFurnaceANTao,GAOYong,LIUFei2hang,GULin2qing(Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)(Received9May2008)Abstract:Thedesignparametersoftran
3、sversemagneticfieldinthe152.4mm(6inch)singlecrystalfurnace355.6mm(14inch)crucibleweresimulated,analyzedandoptimizedbyusingthefiniteelementmethod,whichincludemagneticintensity,distribution,uniformity,sectionareaofwire,widthandheightofmagneticpoleandsoon.Basedonwhichtheoptimizedparameterswereo
4、btainedandthevalidationcheckwasmade.Theresultsindicatethatthemethodofsimulationarereasonable,theresultsarecorrectandfeasible.Itprovidesanewreliablewayandpracticaldatesforthedesigningofsix2inchsinglecrystalfurnacetransversemagneticfield.Keywords:finiteelement;transversemagneticfield;singlecry
5、stalfurnace;magneticfieldintensity1引言直拉法(CzochralskiTechnique)生长硅、锗和化合物等晶体是目前获得高质量大直径晶体的一种最常用[1]工业化方法。在晶体生长过程中,存在由熔体中温度梯度和重力引起的热对流、由表面张力降低引起的表面张力对流以及晶转2埚转引起的强迫对流,这些对流是产生缺陷、有害杂质非均匀分布的重要因素之一。[2]因此,抑制熔体对流是提高晶体质量的重要途径。目前,为了抑制熔体对流人们在直拉法生长晶体过程[325]中,通过给熔体引入磁场来增加熔体的粘滞系数降低熔体对流,进一步提高单晶的质量。通常人们普遍给熔体引入
6、一种磁力线水平分布的磁场2横向磁场。收稿日期:2008205209基金项目:陕西省教育厅专项科研计划项目(08JK364)资助作者简介:安涛(19642),男,陕西省人,高级工程师。E2mail:antao@xaut.edu.cn260人工晶体学报第38卷本文以152.4mm(6inch)单晶炉355.6mm(14inch)坩埚横向磁场为研究对象,采用有限元法对磁场分布、磁场强度、均匀性进行了模拟,并对模型的结构尺寸和电学参数进行了模拟分析和优化设计。最后对磁场的优化设计参数进行了实验验证。2横向磁场结构与工作原理横向磁场是由高导磁率半封闭C形铁磁回路、密绕在高导磁率铁芯上结构
7、完全相同的两个独立圆形直流线圈和两个磁极构成的。其结构如图1所示。当给两个线圈通以大小相等、方向相同直流电流时,由于两个线圈通过C形高导磁回路相连,线圈内部的磁力线通过磁回路到另一线圈的一个磁极(两个磁极的磁性相反);线圈外部的磁力线通过两磁极间空气回到另一磁极,从而在二个磁极空间区域内形成一个磁力线为水平方向分布、磁场强度较均匀的磁场22横向磁场。由于磁场结构的对称性,在两磁极之间空间区域内产生的磁场是以几何中心为对称的。如选取几何中心为坐标原点O,磁场分布和强度就以X、Y和Z三个坐标平面
