一种磁控拉单晶超导磁体及设备制造技术

本发明专利技术公开了一种磁控拉单晶超导磁体及设备，超导磁体包括：超导线圈；超导开关，并联在超导线圈两端，超导开关包括开关线圈和加热器，加热器用于加热开关线圈，开关线圈采用超导材料制成，开关线圈被加热至临界温度以上时脱离超导状态，解除对超导线圈的短路，当超导电源向超导线圈输入需要的电流后，加热器停止对开关线圈加热，使开关线圈进入超导状态，开关线圈和超导线圈进入闭环工作状态。本发明专利技术引入超导开关技术，从而避免了由于供电系统不稳定以及突然断电，所导致的磁体失超而失去磁场的情况，以及由于超导电源纹波所引起的磁场波动，其与单晶炉加热体产生变化的电磁力，引起的单晶炉振动问题。的单晶炉振动问题。的单晶炉振动问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁控拉单晶超导磁体及设备


[0001]本专利技术涉及半导体生产设备
，特别涉及一种磁控拉单晶超导磁体及设备。

技术介绍

[0002]高纯单晶硅广泛应用于太阳能电池、集成电路、半导体等行业，是光伏发电、电子信息等高新技术产业的关键材料之一，在保障能源、信息、国家安全方面具重要的战略地位。然而，由于磁拉单晶技术的核心部件—大型超导强磁体装置，其设计技术难度高、加工制造难度大、成本和风险居高不下等原因，导致国内缺乏相关基础研究和技术积累，该项技术被日、美、德等国完全垄断。
[0003]根据已有的文献调研可知，截止目前，磁控拉单晶用超导磁体领域，由于单晶硅加工制备的区域性及垄断性，导致目前国外研制单位主要为日本企业。国内单晶硅相关研究经过多年的积累与发展正迎头赶上。近几年也有相关专利进行了保护申请，如2013年，李超，闫果等，提出的“一种用于磁控直拉单晶用MgB2超导磁体”公开号：CN103106994A，2019年，汤洪明，傅林坚等，提出“一种超导磁体和磁控直拉单晶设备”公开号：CN110136915A，然而，以上专利技术只是简单的描述了超导磁体本身，没有从单晶炉与超导磁体相结合的角度，考虑使用过程中的集成问题。
[0004]目前以上专利技术中的磁控拉单晶超导磁体都为电源一直加载在超导线圈两端，即开环运行方式，这种运行方式在突发断电情况时，磁体会由于突然断电导致失超，当磁体出现失超后，线圈将被磁体自身储存的能量加热，导致温度升高，重新降温励磁需要几十个小时甚至更长的时间，对正在生产的单晶材料品质必然影响较大，同时也可能直接导致超导磁体的烧毁等问题。
[0005]同时，以上专利技术大多仅仅只是涉及了超导磁体本身，未将超导磁体与单晶炉结合集成，集成后由于超导电源的纹波会导致超导磁体的运行电流I产生I
±
ΔI的变化，经过超导线圈较大匝数(＞1万匝)的放大，磁体的磁场会出现ΔB的波动，变化的磁场与单晶炉的加热体作用，产生变化的电磁洛伦兹力，从而引起单晶炉整体的振动，最终影响单晶的生长品质。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体及设备，用以解决现有技术中由于电源不稳定导致超导磁体断电失超或导致单晶炉振动的问题。
[0007]一方面，本专利技术实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体，包括：
[0008]超导线圈；
[0009]超导开关，并联在超导线圈两端，超导开关和超导线圈并联后用于与超导电源连接；
[0010]超导开关包括开关线圈和加热器，加热器用于加热开关线圈，开关线圈采用超导
材料制成，开关线圈被加热至临界温度以上时脱离超导状态，解除对超导线圈的短路，当超导电源向超导线圈输入需要的电流后，加热器停止对开关线圈加热，使开关线圈进入超导状态，开关线圈和超导线圈进入闭环工作状态。
[0011]另一方面，本专利技术实施例提供了一种磁控拉单晶设备，包括单晶炉以及上述的一种磁控拉单晶超导磁体，超导磁体为圆环柱状结构，单晶炉设置在超导磁体的轴心位置。
[0012]本专利技术中的一种磁控拉单晶超导磁体及设备，具有以下优点：
[0013]在根据超导磁体自身及单晶生长所需的特殊条件下，引入超导开关(PCS)技术，从而避免了由于供电系统不稳定以及突然断电，所导致的磁体失超而失去磁场的情况，以及由于超导电源纹波所引起的磁场波动，其与单晶炉加热体产生变化的电磁力，引起的单晶炉振动问题。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术实施例提供的一种磁控拉单晶设备的整体结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例提供的一种磁控拉单晶设备的剖视图；
[0017]图3为本专利技术实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体的二分之一剖视图；
[0018]图4为现有技术中采用的单晶炉中加热体的结构图；
[0019]图5为图4中单晶炉加热体的受力图；
[0020]图6为本专利技术实施例提供的单晶炉中加热体的结构以及受力图；
[0021]图7为本专利技术实施例提供的采用马鞍形超导线圈的超导磁体结构示意图；
[0022]图8为本专利技术实施例提供的超导磁体内部的超导线圈的运行方式示意图；
[0023]图9为本专利技术实施例提供的超导磁体的超导开关运行流程示意图；
[0024]图10为本专利技术实施例提供的超导磁体在不同运行模式下的电流情况示意图。
[0025]附图标号说明：1、超导磁体；101、制冷机；102、超导线圈；103、冷屏；104、磁屏蔽铁轭；105、真空杜瓦内筒体；2、单晶炉；201、腔体；202、加热体；202
‑
1、202
‑
2加热电极；203、坩埚；204、旋转轴；3、单晶硅棒及附件；301、单晶硅棒；302、子晶；303、提拉线；304、多晶硅溶液；4、超导开关；401、开关线圈；402、加热器；5、超导电源；6、供电回路断路器。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]图1
‑
10为本专利技术实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体及设备的结构示意图。本专利技术实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体，包括：
[0028]超导线圈102；
[0029]超导开关4，并联在超导线圈102两端，超导开关4和超导线圈102并联后用于与超导电源5连接；
[0030]超导开关4包括开关线圈401和加热器402，加热器402用于加热开关线圈401，开关线圈401采用超导材料制成，开关线圈401被加热至临界温度以上时脱离超导状态，解除对超导线圈102的短路，当超导电源5向超导线圈102输入需要的电流后，加热器402停止对开关线圈4加热，使开关线圈401进入超导状态，开关线圈401和超导线圈102进入闭环工作状态。
[0031]示例性地，超导磁体1还包括：冷屏103，超导线圈102和超导开关4均设置在冷屏103内部；制冷机101，用于对冷屏103的内部进行冷却。
[0032]在本专利技术的实施例中，制冷机101可以采用G
‑
M制冷机，其将冷却介质，例如液氦进行冷却后输入冷屏103内部，使超导线圈102处在其临界温度Tc以下，以保持超导状态。
[0033]超导磁体1还包括：磁屏蔽铁轭104，冷屏103为空心圆环柱状结构，磁屏蔽铁轭104设置在冷屏103外部远离轴心的一侧。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁控拉单晶超导磁体，其特征在于，包括：超导线圈(102)；超导开关(4)，并联在所述超导线圈(102)两端，所述超导开关(4)和超导线圈(102)并联后用于与超导电源(5)连接；所述超导开关(4)包括开关线圈(401)和加热器(402)，所述加热器(402)用于加热所述开关线圈(401)，所述开关线圈(401)采用超导材料制成，所述开关线圈(401)被加热至临界温度以上时脱离超导状态，解除对所述超导线圈(102)的短路，当超导电源(5)向所述超导线圈(102)输入需要的电流后，所述加热器(402)停止对所述开关线圈(4)加热，使所述开关线圈(401)进入超导状态，所述开关线圈(401)和超导线圈(102)进入闭环工作状态。2.根据权利要求1所述的一种磁控拉单晶超导磁体，其特征在于，还包括：冷屏(103)，所述超导线圈(102)和超导开关(4)均设置在所述冷屏(103)内部；制冷机(101)，用于对所述冷屏(103)的内部进行冷却。3.根据权利要求2所述的一种磁控拉单晶超导磁体，其特征在于，还包括：磁屏蔽铁轭(104)，所述冷屏(103)为空心圆环柱状结构，所述磁屏蔽铁轭(104)设置在所述冷屏(103)外部远离轴心的一侧。4.根据权利要求3所述的一种磁控拉单晶超导磁体，其特征在于，还包括：真空杜瓦内筒体(105)，设置在所述冷屏(10)外部靠近轴心的一侧，且所述真空杜瓦内筒体(105)与所述磁屏蔽铁轭(104)的两端连接，所述真空杜瓦内筒体(105)和磁屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，马鹏，李超，张弛，韩志晨，葛正福，兰贤辉，周涛，杨战锋，冯勇，刘向宏，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：