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单晶炉勾形磁场的优化设计与实现

作　者: 安涛
导　师: 高勇
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 磁场强度对流勾形磁场:单晶炉有限元
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文首先在对熔体的杂质分凝、熔体对流、磁场对熔体对流的抑制分析的基础上,获得直拉法生长单晶所需勾形磁场的磁场参数,推导出等效重力加速度geff与磁场强度B的数学关系式,并对坩埚的三种特征尺寸,进行了熔体等效重力加速度geff计算和分析。其次,采用ANSYS软件对磁场的分布和坩埚内壁液面处磁场B_r分量、线圈功率等关键参数进行了模拟分析,得到磁场B_r随线圈匝数、线圈间距、线圈电流的变化关系;线圈功率随线圈匝数、导线面积的变化关系;在综合考虑各参数之间的这种关系的基础上,对8英寸直拉法单晶炉勾形磁场的参数进行优化设计。最后,对8英寸直拉单晶炉勾形磁场的模拟设计参数进行了实验验证。验证结果表明模拟结果是正确的、符合实际的、完全可以信赖的。该模拟方法完全可运用于实际设计,为设计磁场提供了一种新的设计方法。

全文目录

1 概述  7-13
  1．1 勾形磁场的提出及意义  7-9
  1．2 国内外现状和研究内容  9-11
  1．3 课题的目的及内容  11-13
2 单晶生长中熔体对流与杂质分凝  13-21
  2．1 单晶生长过程坩埚熔体的对流  13-15
  2．2 单晶生长过程杂质输运与分凝  15-21
    2．2．1 溶液中氧的来源及浓度  16-17
    2．2．2 溶液中杂质的输运和分凝  17-21
3 磁场抑制坩埚熔体对流的原理  21-38
  3．1 磁场抑制熔体对流的原理  21-24
  3．2 勾形磁场的结构与工作原理  24-28
    3．2．1 勾形磁场的结构  24-26
    3．2．2 勾形磁场的工作原理  26-28
  3．3 勾形磁场的抑制熔体对流的机理  28-38
    3．3．1 勾形磁场的磁力线分布  28-29
    3．3．2 勾形磁场抑制熔体对流的机理  29-33
    3．3．3 磁场强度 B_r与等效于重力加速度g_eff的关系  33-38
4 勾形磁场的计算与参数的设计  38-58
  4．1 勾形磁场的模拟与计算  38-47
    4．1．1 ANSYS软件与模拟过程~[23]  38-40
    4．1．2 建立物理参数  40-41
    4．1．3 网格化有限元模型的建立  41-45
    4．1．4 边界条件的确定、加载和求解  45-47
  4．2 模拟结果分析与优化  47-58
    4．2．1 磁场分布的模拟结果  47-50
    4．2．2 线圈匝数和电流对磁场强度的影响  50-53
    4．2．3 线圈距离对磁场强度的影响  53-54
    4．2．4 功率的分析与优化  54-58
5 模拟结果的验证与分析  58-63
  5．1 径向分量 B_r随径向r的变化  58-59
  5．2 径向分量 B_r随纵向Z的变化  59-60
  5．3 纵向分量 B_r随纵向Z的变化  60-61
  5．4 主要模拟参数的验证  61-63
6 结论  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
发表论文  69

单晶炉勾形磁场的优化设计与实现

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