用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体及其方法
专利汇可以提供用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于磁控直拉单晶的四 角 型线圈分布超导磁体，包括有超 导线 圈、线圈承 力 架、低温恒温器、外部 铁 厄、 电流 引线、服务组件及GM制冷机；超导线圈固定于线圈承力架上并按四角型对称分布进行 串联 ；低温恒温器为超导线圈提供极低温的环境实现超导态；外部铁厄用来减小磁体外部漏磁；电流引线为超导线圈从极低温至室温端的电流通道，承载大电流并减少热负载；GM制冷机为超导线圈的冷量来源，通过传导冷却方式对线圈实现降温；其方法包括以下步骤：1）磁体安装；2）磁体抽空；3）液氮预冷；4）制冷机传导冷却；5）顶杆预紧；6）磁体励磁 拉晶 ；具有提高单晶 硅 的纯度和品质，摆脱液氦资源短缺的困境，大大降低成本和节省资源的特点。，下面是用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体及其方法专利的具体信息内容。
1.用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，用于300mm磁控直拉单晶制备，包括从内到外依次设置的线圈承力架（2）、超导线圈（1）、低温恒温器（3）、电流引线（5）、服务组件（7）、GM制冷机（6）、外部铁厄（4）；其特征在于，所述超导线圈数量为4个，4个超导线圈（1）按60°呈四角型对称分布在线圈承力架（2）上，超导线圈（1）之间依次串联，超导线圈外部设有外部铁厄（4）；
所述线圈承力架（2）为六边形结构，超导线圈（1）固定于线圈承力架（2）上，线圈承力架与外部铁厄（4）之间设置顶杆；
所述低温恒温器采用外部设有4台GM制冷机；而且低温恒温器内部设有液氮预冷通道。
2.根据权利要求1所述的用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，其特征在于，所述的4个超导线圈，其分布为：中平面位于同一平面，即XZ平面，关于XY平面和YZ平面对称，超导线圈轴线在X轴方向夹角为60度。
3.根据权利要求1所述的用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，其特征在于，所述的超导线圈采用NbTi低温超导线干式绕制，超导线圈外部浸渍有环氧树脂，提高线圈性能。
4.根据权利要求1所述的用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，其特征在于，超导线圈失超电路采用分段自保护的方式，并联二极管与线圈形成闭合回路。
5.根据权利要求1所述的用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，其特征在于，所述超导磁体设置在单晶炉外侧，用超导电源将磁体励磁至设定磁场，为直拉单晶提供所需背景磁场。
6.根据权利要求1所述的用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，其特征在于，所述的服务组件包括对超导线圈温度、电压的数据监测的温度、电压传感器以及对超导线圈液氮预冷通道，温度、电压传感器分布在超导线圈内部，由信号线从低温恒温器内部引出，从外接航空插头采集信号；液氮预冷通道在低温恒温器内部，在超导线圈的表面分布，低温恒温器外部留有输液接口与内部预冷通道连通。
7.利用用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体进行拉晶的方法，包括以下步骤：
步骤1，磁体安装
通过吊装的方式将超导磁体底部与升降装置连接，单晶炉嵌套在超导磁体中心孔内；
步骤2，磁体抽空
用高真空分子泵组对磁体低温恒温器内部进行抽真空，使真空度达到10-4Pa级；
步骤3，液氮预冷
通过服务组件向线圈液氮通道输送液氮，使线圈温度从300K降至77K，然后对液氮腔进行抽空密封；
步骤4，制冷机传导冷却
通过4台GM制冷机对线圈持续降温，直到线圈温度至4.2K；
步骤5，顶杆预紧
从外部对线圈承力架至外部铁厄之间的顶杆进行预紧；
步骤6，磁体励磁拉晶
用外部电源通过电流引线对超导磁体励磁，达到300mm单晶硅指定背景磁场，开始拉晶。
用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体及其方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述低温恒温器采用外部设有4台GM制冷机；而且低温恒温器内部设有液氮预冷通道。
通过吊装的方式将超导磁体底部与升降装置连接，单晶炉嵌套在超导磁体中心孔内；
步骤2，磁体抽空
用高真空分子泵组对磁体低温恒温器内部进行抽真空，使真空度达到10-4Pa级；
步骤3，液氮预冷
通过服务组件向线圈液氮通道输送液氮，使线圈温度从300K降至77K，然后对液氮腔进行抽空密封；
步骤4，制冷机传导冷却
通过4台GM制冷机对线圈持续降温，指导线圈温度至4.2K；
步骤5，顶杆预紧
从外部对线圈承力架至外部铁厄之间的顶杆进行预紧；
步骤6，磁体励磁拉晶
用外部电源通过电流引线对超导磁体励磁，达到300mm单晶硅指定背景磁场，开始拉晶。
由于采用了六边形结构发线圈承力架，承力架与外部铁厄之间设置顶杆，能够承受巨大的电磁力，减小线圈变形，防止线圈失超；由于采用了低温恒温器，低温恒温器用于实现超导线圈能够在极低温环境下长期稳定运行；由于采用了外部铁厄，可以减少磁体外部漏场，使超导磁体便于与升降设备和单晶炉配合使用；由于采用的电流引线，用来将大电流从室温端流通至极低温的线圈内，其具有载流能力大，热负载小的特点；由于采用了服务组件，服务组件包含对超导线圈温度、电压的数据监测模块，以及对超导线圈液氮预冷通道，从而大大降低超导线圈降温冷却时间，节约成本；由于采用了GM制冷机，超导磁体用4台制冷机进行传导冷却降温，无液氦冷却，可以降低运行成本。
具体实施方式
超导线圈及外部铁厄决定超导磁体的磁场分布，如附图2所示。线圈数量为4个，按60°呈四角型对称分布，线圈间互相串联；铁轭分布在线圈外侧，用来减少外部漏场，使超导磁体与升降装置、单晶炉等配合；
所述的4个超导线圈，其分布为（如图2（a）所示）：中平面位于同一平面，即XZ平面，关于XY平面和YZ平面对称，超导线圈轴线夹角在X轴方向夹角为60度。
由GM制冷机进行传导冷却降温，实现超导线圈在极低温环境下运行；而且低温恒温器内部设有液氮预冷通道，前期通过液氮预冷超导线圈1，缩短整体降温时间。
通过吊装的方式将超导磁体底部与升降装置连接，单晶炉嵌套在超导磁体中心孔内；
步骤2，磁体抽空
用高真空分子泵组与低温恒温器的真空阀接口相连，对磁体低温恒温器内部进行抽真-4
空，使真空度达到10 Pa级，从而减小热对流影响，减小外部室温对内部超导线圈极低温态的热负载；
步骤3，液氮预冷
通过服务组件液氮输液口向线圈液氮通道输送液氮，使线圈温度从300K降至77K，缩短单纯传导冷却所需要的时间。然后对液氮腔进行抽空密封，减小热对流对超导线圈的影响；
步骤4，制冷机传导冷却
通过4台GM制冷机对线圈进行传导冷却降温，冷量由制冷机冷头通过低温恒温器内部特有的导冷结构，传递至超导线圈，直至线圈温度至4.2K；
步骤5，顶杆预紧
预紧外部铁厄的顶块，其与线圈承力架相连，用来保证减小线圈承力架的变形，避免因变形或线圈位移过大而引起超导线圈失超；
步骤6，磁体励磁拉晶
用恒流超导电源对超导线圈励磁，设定一定的励磁速度（A/s），电流通过二元电流引线输送至超导线圈使其通电，产生磁场，当电流达到设定值时则保持稳定不变，磁体产生的磁场也达到稳定的场强和均匀度，在此背景磁场下采用直拉法（CZ）进行300mm单晶硅制备，能有效地抑制硅溶体中的热对流，及控制熔硅中杂质的运输，减少氧、硼、铝等杂质从石英坩埚进入溶体，从而提升单晶硅的品质。
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