超导磁场的结构设计与优化

发布时间：2021-08-25 00:44

　　大尺寸硅单晶作为我国各类半导体器件和集成电路的基础材料,其品质对电子器件的性能产生直接影响。如何减少硅单晶中的氧、碳等杂质含量以及提高晶体轴向和纵向的均匀性成为首要目标。研究发现在晶体生长过程中引入磁场可以很好地抑制熔体中的对流来提高晶体的品质。根据坩埚内熔体的对流,分析控制对流并提出磁场优化目标。目前在CZ法晶体生长系统中能够较好地提高晶体品质的磁场主要有Cusp磁场和四极磁场,利用三维有限元建模法对Cusp磁场建模,并利用所建立的模型计算得到在励磁电流一定的情况下,所需要的线圈的层数;确定了磁场线圈层数之后依次分析了磁场的上下线圈间距、屏蔽体厚度对磁场强度的影响,对结构参数进行优化。利用三维有限元建模法对四极磁场进行建模,利用所建立的模型分析了线圈横向层数和纵向层数对磁场位形的影响;分析了在励磁电流一定的情况下,线圈层数、屏蔽体厚度对磁场强度的影响。对四极磁场的结构提出优化,将原来正交式结构优化为非正交式结构,在励磁电流、屏蔽体厚度以及线圈层数相同的前提下,仿真结果表明非正交式结构得到的磁场强度和漏磁均优于正交式结构。提出数值仿真和智能算法结合的策略,对Cusp磁场的结构参数进行多... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 直拉法硅单晶生长原理及技术发展
        1.1.1 CZ法简介
        1.1.2 CZ法晶体生长工艺过程
    1.2 CZ法晶体生长中的杂质和缺陷
    1.3 磁场的主要类型
        1.3.1 横向磁场
        1.3.2 轴向磁场
        1.3.3 Cusp磁场
        1.3.4 四极磁场
    1.4 国内外磁场研究现状
    1.5 论文意义及研究内容
2 CZ法晶体生长的对流及磁场抑制原理
    2.1 单晶炉中的熔体对流
    2.2 Cusp磁场装置及其抑制对流原理
    2.3 四极磁场装置及其抑制对流原理
    2.4 本章小结
3 磁场模型的建立
    3.1 有限元概述
    3.2 磁场建模的具体步骤
    3.3 Cusp磁场建模
    3.4 四极磁场建模
    3.5 本章小结
4 超导磁场的结构优化
    4.1 Cusp磁场结构优化
        4.1.1 线圈层数对磁场的影响
        4.1.2 上下线圈间距对磁场强度的影响
        4.1.3 屏蔽体厚度对场强的影响及漏磁的影响
        4.1.4 线圈与屏蔽体之间的水平距离
        4.1.5 线圈与屏蔽体之间的竖直方向上的距离
    4.2 四极磁场的结构优化
        4.2.1 线圈层数比对磁场的影响
        4.2.2 线圈层数对磁场的影响
        4.2.3 屏蔽体厚度对场强和漏磁的影响
        4.2.4 磁场结构对场强和漏磁的影响
        4.2.5 正交式与非正交式结构的比较
    4.3 本章小结
5 超导磁场参数建模及多目标优化
    5.1 建立目标函数模型
        5.1.1 磁场体积模型
        5.1.2 磁场的场强模型
    5.2 NSGA-II算法
    5.3 优化结果及分析
    5.4 验证
    5.5 本章小结
6 总结和展望
致谢
参考文献
研究成果



本文编号：3361044