非对称勾形磁场的三维优化设计与实现.pdf

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1、西安理工大学学报JournalofXi’anUniversityofTechnology(2012)Vo1．28No．113文章编号：1006-4710(2012)O1-0013-07非对称勾形磁场的三维优化设计与实现焦尚彬，刘丁(西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048)摘要：根据坩埚内熔体对流的类型和分布区域，分析控制对流对勾形(cusp)磁场磁感应强度和磁场位形分布的要求，提出了磁场优化设计目标。采用有限元三维(3D)建模法对cusp磁场进行了建模，利用所建立的模型对比了对称结构和非对称结构对磁场位形分布的

2、影响，分析了在非对称cusp磁场线圈横向层数一定的情况下磁场纵向层数、屏蔽体厚度、上下线圈间距对磁感应强度、磁场位形、磁场功率的影响，优化了磁场结构；根据优化的结构参数制造了磁场并进行了实验测试，结果表明非对称cusp磁场的位形分布与设计结果一致，从而验证了3D优化建模方法的有效性。关键词：勾形磁场；非对称结构；三维模型；结构优化中图分类号：TP13文献标志码：A3DOptimizationDesignandRealizationoftheAsymmetricCuspMagneticFieldJIAOShangbin，LIUD

3、ing(FacultyofAutomationandInformationEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China)Abstract：Inthispaper，therequirementsoftheintensityanddistributionofcuspmagneticfluxdensitytocontroltheconvectionareanalyzedaccordingtothetypeanddistributionareaofthisconve

4、ctioninera-cible，onthebasisofwhichtheoptimizationdesigngoalisproposed．Thesimulationmodelofcuspmag—neticfieldisbuihbythefiniteelementwiththreedimension(3D)modelingmethod．Theestablishedmodelisusedtocontrasttheeffectofsymmetricalstructureandasymmetricstructureuponthema

5、gneticfieldshapedistributionandalsotoanalyzethemagneticfieldlongitudinallayers，shieldbodythicknessandtheeffectofup-and—downcoildistanceuponmagneticfluxdensity，magneticfieldshapeandmagnet—icfieldpowerinthecaseofthefixedhorizontallayersofasymmetriccuspmagneticfieldcoi

6、ls，SOastooptimizemagneticfieldstructure．Magneticfieldisgeneratedintermsofoptimizedstructureparameters，andalso，theexperimentaltestisconducted．Theresultsindicatethatasymmetriccuspmagneticfieldshapedistributionisfoundtobeincoincidencewiththedesignedresultswherebytestin

7、gthat3Doptimalmodelingmethodisofvalidity．Keywords：cuspmagneticfield；asymmetricstructure；3Dmodel；structureoptimization直拉(CZ)法是工业生产单晶硅的重要方法。动状态密切相关，在晶体生长设备中施加磁场是减在生产中随着晶体直径的增大，坩埚直径相应增大少大直径单晶硅生长中熔体内强烈对流的有效方加热功率随之升高。因而大石英坩埚要比小石英坩法。研究发现，轴向磁场破坏了直拉生长系统原有埚承受更高的温度，熔体内的热对流加剧，

8、石英坩埚横向热对流的对称性【1刮引起了严重的径向分凝，和熔体硅的反应加剧，产生更多的SiO。氧的浓度单晶棒出现生长条纹。具有非均匀磁力线分布的是决定硅片质量的重要因素之一，在晶体生长中过cusp磁场是解决上述问题的有效方案J。多的氧会引起位错环、氧沉淀等热诱生缺陷。同时，主炉