单晶炉双驱感应加热温度场的数值模拟与实验研究

发布时间：2024-04-12 01:28

　　随着电子技术的发展,越来越多的半导体材料引起众多研究者的关注,因此半导体材料特别是相对应高质量单晶体的制备成为了研究重点。影响单晶体质量的因素有许多,包括热场条件、加热工艺以及时间的控制,其中能否匹配合适的热场条件对于单晶生长过程是至关重要的。目前,许多学者致力于单晶炉热场的研究,不论单晶的生长方法是区熔法还是直拉法,热系统的研究都是必不可少的。其中,单晶炉温度的控制存在很多实质问题,主要问题是难以达到满足晶体生长的足够大的温度梯度。所以本文主要研究目的是:通过自制的双驱感应加热装置,调节感应加热电流、频率、线圈高度比例等参数来有效地完成温度场的合理控制。本文以单晶炉为研究背景,结合电磁感应加热的理论基础,通过有限元软件ANSYS与ELTA对石墨套筒感应加热过程进行模拟分析计算。ELTA是一个独特的程序,有着广泛的应用,包括感应加热工艺和设备的设计、感应加热线圈与电源的匹配等。提供了感应加热过程中电磁场与热场的快速与合理的精确模拟。首先用ELTA软件计算不同石墨套筒外径及线圈匝数下的电压值。通过与实验室电源柜的具体参数比较,来确定满足电源柜参数要求的石墨套筒外径与上下线圈匝数;接着利用...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1邻近效应示意图

率和导体间的距离，邻近效应的强弱与电流频率的变化趋势一致，与距离的变化趋势正好相反。电流密度的不均匀分布与自身的磁场和所有临近导体磁场的总作用有关。邻近效应的示意图如图2.1所示：图中A、B代表两个通电导体，当两导体通入大小相等，方向相同的交流电时，两导体周围将会产生磁场并....

图2.2圆环效应

②圆环效应当给环状线圈或螺线管通入交变电流时，线圈内侧表面位置电流密度最大的现象称为圆环效应。如图2.2所示。圆环效应的发生通俗的理解为：两个半圆环形的导线，其中线的一端连接在一起，在线的另一端另通入大小相等、方向相反的交变电流所导致的一种现象[39]。图2.2圆环效应

图2.3矩形截面与圆环截面的圆环效应

要将感应线圈中的热量及时散出。因此，生产上通常选择可以通冷却水的铜管作为电磁线圈，不仅能进行高效的降温，还可以提高生产效率。在铜管规格的选择上，则需要比较由于圆环效应所引起的电流分布。根据图2.3所示：矩形铜管的电流区更大，因此通常选择矩形铜管来制作感应加热线圈从而提高加热效率....

图3.1定义材料属性图

本模拟采用圆柱形加热器。同时需要定义材料属性，必须根据工件材料来定义相应的属性（包括电阻率、导热系数、比热及密度的定义），所有这些性质都是与温度相关的。如图3.1所示：本文模拟过程材料的性能设为定值，不随温度变化。图3.1定义材料属性图

本文编号：3951450