论文摘要
半导体产业和光伏产业的快速发展促使硅单晶材料的科学研究向着高纯度、高完整性、高均匀性和大直径的方向发展,在直拉法生产硅单晶过程中引入磁场可以有效抑制熔体对流,获得杂质分布均匀,氧浓度可控的高质量大直径硅单晶。本课题以6英寸直拉单晶炉横向磁场为研究对象,采用有限元法利用ANSYS软件对单晶炉横向磁场进行建模与分析,在此基础上对横向磁场的设计参数进行设计与优化。首先分析了单晶硅生长过程中熔体内存在的熔体对流、产生原因、如何引起晶体中杂质的不均匀分布及磁场抑制熔体对流的原理;以及横向磁场的组成结构、工作原理以及横向磁场抑制熔体对流的原理;然后利用ANSYS软件建立横向磁场有限元模型,对模型仿真结果进行分析并与试验数据对比,验证了模型的正确性;最后通过模拟分析线圈匝数N、电流大小I、铁芯半径R、磁极宽度L和高度h、磁极厚度D、磁路高度H等结构尺寸参数与磁场强度及分布的关系,以及线圈匝数N、导线截面积S、导线电流I、电流密度δ等参数与线圈功率的关系,在此基础上,对各个参数进行了优化设计,得到了横向磁场的优化设计参数及实施方案,为横向磁场的设计找到一个方便可靠的模拟方法,提供具有指导意义和参考价值的结论。
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