[發明專利]單晶爐磁場強度測量裝置和方法

在審

• 申請號: 202110183959.3
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112904245A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張千千;張鵬舉;陳凡
• 申請（專利權）人: 西安奕斯偉硅片技術有限公司;西安奕斯偉材料技術有限公司
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07
• 代理公司: 北京遠創理想知識產權代理事務所(普通合伙) 11513
• 代理人: 李蔚君

本發明公開了一種單晶爐磁場強度測量裝置和方法，所述單晶爐磁場強度測量裝置，包括測量支架、位移傳感器、安裝座、位置調整機構，探桿上設置有霍爾傳感器，所述位置調整機構能夠帶動所述探桿圍繞Z軸旋轉、沿著Z軸移動和沿著X軸移動，所述Z軸與單晶爐超導磁場的中心軸平行或重合，所述X軸垂直相交于Z軸，所述位移傳感器能夠檢測所述探桿圍繞Z軸的旋轉角度θ、沿著Z軸移動量s1和沿著X軸的移動量s2，所述霍爾傳感器能夠檢測(θ，s1，s2)位置的磁場強度h。本發明提供的單晶爐磁場強度測量裝置和方法可以方便地連續測量在空間中各點的磁場強度，具有定位準確、測量精度高、便攜性好等優點。

技術領域

本發明涉及單晶硅生產技術領域，尤其涉及一種單晶爐磁場強度測量裝置和方法，用于單晶爐超導磁場的測量。

背景技術

單晶硅的提拉、制造一般是通過CZ法(切克勞斯基法)來實現。CZ法又稱直拉單晶法，是指在生產單晶爐的石英坩堝內放入多晶硅原料，利用石墨加熱器加熱熔融多晶硅原料，然后使用籽晶以低速旋轉提拉，從而生長出單晶硅。由于CZ法在晶體生長期間，熔體存在熱對流，使微量的雜質分布不均，影響晶體的生長質量，因此現有技術中出現了MCZ法(施加磁場的切克勞斯基法)。

MCZ法是在傳統的CZ法基礎上外加一磁場，在磁場中使用直拉法生長單晶時，當加上適當的磁場強度，由于磁力線的作用，能有效抑制熔硅的熱對流，從石英坩堝熔入硅單晶中的氧含量也可以得到控制，當磁場強度在2000高斯以上時，MCZ單晶中的氧濃度比一般CZ單晶的氧濃度約低一個數量級。同時由于外加磁場使熔硅的粘度增大，阻礙了熔硅的流動，從而大大減弱了由于機械振動所引起的熔硅液面抖動，因熱對流被抑制，使熔硅的溫度變化小，由于生長條件穩定、局部析出少，可以有效地減少或消除雜質的分擬效應，使得各種雜質分布均勻，從而使生長條紋減少，使得MCZ單晶硅的晶體缺陷比CZ單晶硅少得多。

MCZ單晶爐內發生的物理過程本質上時磁流體的運動問題。石英坩堝里的熔硅受熱后由于溫度梯度要產生熱對流，而熔硅為導電體，當導體在磁場中運動時要產生感應電流，感應電流又要產生磁場。同時載有電流的導體在磁場中受到磁場力的作用，磁場力對熔硅的流動狀況產生影響，并且改變熱對流的模式。最終，幾個物理量相互作用達到動態平衡。因此，在單晶硅生產前一般要對磁場進行測量、校準，避免磁場的不對稱性破壞熱對流的軸對稱性，從而影響到雜質濃度在晶棒分布的均勻性。

現有的磁場測量裝置一般包括霍爾傳感器，霍爾傳感器安裝在三坐標位置調整機構上，通過導線連接到信號調理器，信號調理器連接到真有效值轉換器，真有效值轉換器連接到模數轉換器，模數轉換器連接到控制器，控制器上連接有顯示屏和按鍵。但是上述裝置采用空間直角坐標系的方式來控制探頭在磁場中的位置，在對單晶爐磁場強度進行測量時，可能會造成探桿觸碰到單晶爐超導磁場內壁，嚴重時可能損壞霍爾傳感器，因而需要嚴格控制霍爾傳感器的位置，這使得單晶爐磁場強度測量操作較復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種單晶爐磁場強度測量裝置和方法，可以方便地測量單晶爐的磁場強度。

為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種單晶爐磁場強度測量裝置，包括測量支架、位移傳感器、固定安裝在所述測量支架上的安裝座、安裝在所述安裝座上的位置調整機構，在所述位置調整機構上安裝有探桿，所述探桿上設置有霍爾傳感器，所述位置調整機構能夠帶動所述探桿圍繞Z軸旋轉、沿著Z軸移動和沿著X軸移動，所述Z軸與單晶爐超導磁場的中心軸平行或重合，所述X軸垂直相交于Z軸，所述位移傳感器能夠檢測所述探桿圍繞Z軸的旋轉角度θ、沿著Z軸移動量s1和沿著X軸的移動量s2，所述霍爾傳感器能夠檢測(θ，s1，s2)位置的磁場強度h。