一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体生产设备技术领域，特别涉及一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构。


背景技术：

2.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，由于磁控拉单晶技术的核心部件—大型超导磁体装置，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。
3.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的住友sumitomo，东芝toshiba及日本超导技术公司jastec等企业，同时该领域磁体制备技术几乎完全处于保密、封锁状态。国内单晶硅相关研究虽与日本同时起步，但就目前总体而言，生产技术水平仍然相对较低，国内消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但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cn103106994a、cn110136915a、zl201922296007.3。然而，以前的磁体大都存在如下两个问题：(1)相关磁体未采用电工纯铁进行磁屏蔽，(2)或者采用较厚的电工纯铁进行磁屏蔽。未采用磁屏蔽磁体势必会因为磁控拉单晶超导磁体强大的磁场导致漏磁过大，影响磁体周围的电气设备，甚至影响相邻磁体的磁场分布，从而影响单晶硅的高质量生长。而采用单层较厚电工纯铁进行磁屏蔽的磁控拉单晶磁体，需要较厚的电工纯铁才能将漏场降低到合理水平，这样不仅浪费电工纯铁的用量，同时过厚的电工纯铁与超导磁体线圈之间也会产生过大的电磁作用力，又会使得超导磁体运行稳定性受到一定的影响。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构，用以解决现有技术中使用单层较厚电工纯铁进行磁屏蔽存在的浪费电工纯铁以及影响超导磁体运行稳定性的问题。
5.一方面，本实用新型实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构，包括：磁屏蔽铁轭上板、磁屏蔽铁轭下板和磁屏蔽铁轭筒体；
6.磁屏蔽铁轭上板和磁屏蔽铁轭下板分别连接在磁屏蔽铁轭筒体的两端，磁屏蔽铁轭筒体为多层结构。
7.在一种可能的实现方式中，磁屏蔽铁轭上板和磁屏蔽铁轭下板相互平行，磁屏蔽铁轭筒体的两端分别垂直连接在磁屏蔽铁轭上板和磁屏蔽铁轭下板上。
8.在一种可能的实现方式中，磁屏蔽铁轭筒体的多层结构之间具有间隙。
9.在一种可能的实现方式中，磁屏蔽铁轭上板、磁屏蔽铁轭下板和磁屏蔽铁轭筒体
均使用电工纯铁制成。
10.本实用新型中的一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构，具有以下优点：
11.将传统的无电工纯铁的磁控拉单晶硅磁体，或者单层的磁屏蔽结构，进行多层优化，在节约电工纯铁的基础上，以进一步降低磁体的漏磁，从而满足磁控拉单晶用超导磁体周围电气设备的安全、稳定运行。同时多层磁屏蔽结构也可以降低因单层较厚电工纯铁磁屏蔽结构，造成磁屏蔽与超导线圈之间的电磁作用力过大，诱发的磁体运行稳定性问题的风险，提高磁控拉单晶用超导磁体的稳定性，保证生产效率及稳定性。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
13.图1为本实用新型实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构的整体结构示意图；
14.图2为本实用新型实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构在超导磁体上的安装结构示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
16.图1和2为本实用新型实施例提供的一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构的结构示意图。本实用新型实施例提供了一种磁控拉单晶超导磁体的屏蔽结构，包括：磁屏蔽铁轭上板100、磁屏蔽铁轭下板110和磁屏蔽铁轭筒体120；
17.磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110分别连接在磁屏蔽铁轭筒体120的两端，磁屏蔽铁轭筒体120为多层结构。
18.示例性地，磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110均为圆环形板，且二者大小一致。磁屏蔽铁轭上板100设置在磁屏蔽铁轭下板110正上方的位置，磁屏蔽铁轭筒体120连接在磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110之间，且磁屏蔽铁轭筒体120位于磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110的外侧边缘位置，因此整个屏蔽结构形成了圆柱状空心筒的形状。
19.在上述圆柱状空心筒结构的屏蔽结构中，设置有杜瓦200和冷屏300，杜瓦200的也为空心结构，其包括外杜瓦和内杜瓦130，外杜瓦设置在屏蔽结构内部靠近磁屏蔽铁轭筒体120的一侧，而内杜瓦130则设置在靠近屏蔽结构轴心的位置，且整个杜瓦200为封闭结构。冷屏300设置在杜瓦200内部，冷屏300也为空心结构，其内部设置有线圈骨架400，线圈骨架400上绕设有超导线圈410。在本实用新型的实施例中，线圈骨架400的数量为两个，两个线圈骨架400的结构相同，且对称设置在冷屏300内部两侧，两个线圈骨架400之间即通过导冷
连接结构520连接在一起，而导冷连接结构520则安装在冷屏300的内侧面上。线圈骨架400不但为超导线圈410提供结构支撑，抵抗超导磁体运行时产生的电磁力所导致的超导线圈410变形，同时线圈骨架400也充当了超导线圈410的导冷结构，线圈骨架400与位于屏蔽结构内底面上，即磁屏蔽铁轭下板110顶面上的磁导冷结构接触，该磁导冷结构与二级冷头连接，二级冷头再与一级冷头510连接，使低温能够传递至超导线圈410。
20.屏蔽结构外部还设置有g-m制冷机500，g-m制冷机500的制冷输出端连接有一级冷头510，该一级冷头510与冷屏300的内侧面连接，为超导线圈410制造了低温环境，将热量在g-m制冷机500和冷屏300之间传输，使冷屏300内部的超导线圈410始终处在超导临界温度以下。
21.应理解，磁屏蔽铁轭筒体120的层数需要根据实际需要确定，具体可以根据相关电气设备的使用需求确定。
22.在一种可能的实施例中，磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110相互平行，磁屏蔽铁轭筒体120的两端分别垂直连接在磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110上。
23.示例性地，磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110均处于水平状态，因此当磁屏蔽铁轭筒体120垂直连接在磁屏蔽铁轭上板100和磁屏蔽铁轭下板110之间后，磁屏蔽铁轭筒体120即处在竖直状态。
24.在一种可能的实施例中，磁屏蔽铁轭筒体120的多层结构之间具有间隙。
25.在一种可能的实施例中，磁屏蔽铁轭上板100、磁屏蔽铁轭下板110和磁屏蔽铁轭筒体120均使用电工纯铁制成。
26.示例性地，使用电工纯铁材料制成的磁屏蔽铁轭上板100、磁屏蔽铁轭下板110和磁屏蔽铁轭筒体120可以有效阻挡超导线圈410产生的强磁场外泄。而由于单晶炉等设备设置在屏蔽结构的轴心处，超导线圈410产生的强磁场需要作用在单晶炉等设备上，因此位于靠近屏蔽结构轴心处的内杜瓦130使用无磁材料制成，以避免对磁场形成屏蔽，使磁场能够顺利穿透并作用在屏蔽结构轴心处的设备上。
27.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
28.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。