發(fā)布時(shí)間：2018-05-20 20:18

  本文選題：區(qū)熔硅芯爐 + 五孔線圈��； 參考：《西安理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：單晶硅作為微電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料,在集成電路和功率半導(dǎo)體器件的制造中得到廣泛的應(yīng)用,是當(dāng)今信息社會(huì)的基石。隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)單晶硅提出了“低成本、高純度”的要求。近年來出現(xiàn)了一種基于五孔感應(yīng)加熱線圈的區(qū)熔硅芯爐既可以滿足“高純度”的要求,也可以滿足“低成本”的要求,但其所拉制的五根單晶硅棒尺寸各不相同,且呈橢圓柱狀,從而導(dǎo)致利用率低。而硅芯爐中的感應(yīng)線圈直接決定了所拉制的五根單晶硅棒的質(zhì)量,因此本文主要研究五孔感應(yīng)加熱線圈,并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,使其能夠拉制出利用率更高的同尺寸圓柱形硅棒。通過研究五孔感應(yīng)加熱線圈拉制單晶的原理可知,五孔感應(yīng)加熱線圈的磁場(chǎng)直接決定了所拉制單晶硅棒的尺寸和形狀。因此,本文從電磁場(chǎng)的基本理論出發(fā),建立了五孔線圈的電磁場(chǎng)模型,計(jì)算并推導(dǎo)出該線圈所產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式,分析了磁導(dǎo)率、電阻率、槽路長(zhǎng)度等因素對(duì)磁場(chǎng)分布和大小的影響。最后根據(jù)焦耳定律以及熱對(duì)流和熱輻射原理對(duì)硅芯爐內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值分析,并推導(dǎo)出硅芯爐內(nèi)溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式。本文采用ANSYS仿真軟件對(duì)硅芯爐進(jìn)行建模、加載和求解,對(duì)比分析了不同槽路長(zhǎng)度時(shí),五孔線圈和多晶硅母料表面的渦流場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)的大小和分布,仿真結(jié)果表明:d=29mm的五孔線圈既可以增加磁場(chǎng)的均勻度,又能夠保證加熱的均勻性。最后搭建了串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,考慮實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件無法直接測(cè)量磁場(chǎng)的大小,本文設(shè)計(jì)了兩種感應(yīng)線圈,通過測(cè)量五孔線圈的五個(gè)孔上方感生電動(dòng)勢(shì)的大小,從而間接計(jì)算出五個(gè)孔處的磁場(chǎng)大小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析和仿真結(jié)果的正確性。
[Abstract]:As the basic material of microelectronics industry, monocrystalline silicon is widely used in the manufacture of integrated circuits and power semiconductor devices. With the development of electronic industry, the demand of low cost and high purity for monocrystalline silicon is put forward. In recent years, a kind of zone melting silicon core furnace based on five-hole induction heating coil has emerged, which can satisfy both the requirements of "high purity" and "low cost", but the five monocrystalline silicon rods drawn by the furnace have different sizes. The utility model is elliptical and columnar, resulting in low utilization rate. The induction coil in the silicon core furnace directly determines the quality of the five single crystal silicon rods drawn, so this paper mainly studies the five-hole induction heating coil, and optimizes it to make the cylindrical silicon rod of the same size with higher utilization ratio. By studying the principle of drawing single crystal by five-hole induction heating coil, it is known that the magnetic field of five-hole induction heating coil directly determines the size and shape of the single crystal silicon rod. Therefore, based on the basic theory of electromagnetic field, the electromagnetic field model of the five-hole coil is established, the expression of the magnetic induction intensity produced by the coil is calculated and deduced, and the permeability and resistivity are analyzed. The influence of channel length on magnetic field distribution and size. Finally, according to Joule's law and the principle of thermal convection and thermal radiation, the temperature field in silicon core furnace is numerically analyzed, and the mathematical model of temperature field in silicon core furnace is derived. In this paper, ANSYS simulation software is used to model, load and solve the silicon core furnace. The size and distribution of eddy current field, magnetic field and temperature field on the surface of five-hole coil and polysilicon masterbatch are compared and analyzed with different channel length. The simulation results show that the five-hole coil with 29mm diameter can not only increase the uniformity of magnetic field, but also ensure the uniformity of heating. Finally, a series resonant induction heating power supply platform is built for experimental verification. Considering that the existing conditions in the laboratory can not directly measure the size of the magnetic field, two induction coils are designed in this paper. By measuring the size of the induced electromotive force over the five holes of the five-hole coil, the magnetic field at the five holes is calculated indirectly. The experimental results prove the correctness of the theoretical analysis and the simulation results.
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM924.01;TM55

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本文編號(hào)：1916081