直拉式單晶硅生長(zhǎng)爐超導(dǎo)磁體研究

吳小四，朱銀鋒，唐夢(mèng)雨，鄭 旭，Mohmmed Mun ELseed Hassaan

（1.安徽建筑大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.中國(guó)科學(xué)院 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所，安徽 合肥 230031；3.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

為滿足集成電路的發(fā)展，對(duì)硅單晶材料提出了“大尺寸、高品質(zhì)”的要求[1]。因晶圓直徑越大，芯片成本越低，伴隨著大直徑硅單晶的發(fā)展，投料量增加，大熔體嚴(yán)重對(duì)流成為制約高品質(zhì)單晶生成的關(guān)鍵問(wèn)題。人們發(fā)現(xiàn)，太空微重力和磁場(chǎng)可以有效抑制熔體對(duì)流，但微重力下晶體生成費(fèi)用高，工藝復(fù)雜且周期長(zhǎng)。磁場(chǎng)下生長(zhǎng)晶體，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)足夠時(shí)，熔體內(nèi)宏觀對(duì)流均受洛倫茲力作用得到有效抑制。因此，外加磁場(chǎng)成為抑制熔體對(duì)流和提高晶體品質(zhì)的有效手段[2]?；诂F(xiàn)有單晶硅磁場(chǎng)研究結(jié)果，提出一種用于單晶爐的新型瓦狀超導(dǎo)磁體，滿足堝壁處最低場(chǎng)強(qiáng)0.5T 的物理設(shè)計(jì)指標(biāo)，并通過(guò)數(shù)值分析確定線圈具體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)。

1 直拉法及磁場(chǎng)

直拉法（Cz 法）是指在坩堝內(nèi)熔融多晶硅原料，借助籽晶旋轉(zhuǎn)提升引晶。由于其設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，可節(jié)約硅原料，降低成本。市場(chǎng)上80%以上的單晶硅都由直拉法生產(chǎn)。由于用坩堝做容器且內(nèi)部存在對(duì)流，隨著生成單晶尺寸的加大，熱對(duì)流、溫度梯度均勻性越發(fā)難以控制，通過(guò)加入磁場(chǎng)使導(dǎo)電熔體受洛倫茲力的作用，可減緩甚至消除對(duì)流生產(chǎn)高質(zhì)量單晶硅。圖1 為不同的磁場(chǎng)分布。

圖1 外加磁場(chǎng)示意圖

垂直磁場(chǎng)由于結(jié)構(gòu)原因無(wú)法消除主要對(duì)流，很少被采用。水平磁場(chǎng)的磁場(chǎng)分量方向垂直于堝壁主要熱對(duì)流與部分強(qiáng)迫對(duì)流，可有效抑制運(yùn)動(dòng)，且保持生長(zhǎng)界面平整性，降低生長(zhǎng)條紋。CUSP 磁場(chǎng)因其對(duì)稱性，熔體的流動(dòng)和傳熱性更為均勻，因此對(duì)于垂直與CUSP 磁場(chǎng)的研究一直在齊頭并進(jìn)[3]。國(guó)內(nèi)如西安理工大學(xué)較早實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)應(yīng)用硅單晶生產(chǎn)和拉晶實(shí)驗(yàn)，主要產(chǎn)品為6-8in 普及型，面向太陽(yáng)能光伏電池硅片市場(chǎng)；國(guó)外如美國(guó)的KAYEX 公司和德國(guó)的CGS 公司，主要產(chǎn)品為8-16in，適應(yīng)超大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體級(jí)別的單晶硅棒，在大直徑高品質(zhì)單晶生長(zhǎng)的磁場(chǎng)領(lǐng)域占?jí)艛嗟匚?，最具代表性。因超?dǎo)磁體低功耗、高場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)，可有效應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)中。由于當(dāng)前對(duì)大尺寸高品質(zhì)單晶的高需求，未來(lái)超導(dǎo)磁體必將全面應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)設(shè)備。

2 超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)

電磁設(shè)計(jì)是磁體應(yīng)用過(guò)程中的基礎(chǔ)性工作，根據(jù)物理設(shè)計(jì)目標(biāo)要求對(duì)磁體幾何形狀及性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)磁場(chǎng)計(jì)算使其達(dá)到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的總體目標(biāo)[4]。對(duì)超導(dǎo)磁體的關(guān)鍵參數(shù)研究，涉及超導(dǎo)體及參數(shù)、線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、磁屏蔽體厚度、磁芯以及電感儲(chǔ)能的計(jì)算。

2.1 導(dǎo)體選擇

2.1.1 基本特性

在超導(dǎo)磁體中導(dǎo)體的主要作用為承載電流與產(chǎn)生磁場(chǎng)，要滿足高強(qiáng)度機(jī)械應(yīng)力、降低發(fā)熱的高電導(dǎo)率、便于繞制的延展率、縮短冷卻時(shí)間的高熱導(dǎo)率以及在超導(dǎo)磁體失超過(guò)程中及時(shí)轉(zhuǎn)移焦耳熱[5]，故導(dǎo)體一般選用導(dǎo)熱率及硬度較好的銅為基底穩(wěn)定材料。

NbTi 超導(dǎo)體材料因耐用、成本低、易于加工而應(yīng)用廣泛。而復(fù)合型超導(dǎo)線材NbTi/Cu 有圓線、扁帶、鑲嵌式扁帶結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。根據(jù)磁體系統(tǒng)需求，選擇不同結(jié)構(gòu)的線材。NbTi/Cu 扁帶在磁體繞制時(shí)排列整齊，間隙小，相比圓線磁場(chǎng)更均勻，銅超比在4-10 之間，一般用于穩(wěn)定且安全的低場(chǎng)強(qiáng)（＜3T）磁體。圓線因低銅超比（Cu/Sc ＜3），場(chǎng)強(qiáng)高電流大，主要用于NMR 譜儀及高能物理磁體。而鑲嵌式扁帶一般銅超比大（＞10），超導(dǎo)線通過(guò)錫焊與銅槽結(jié)合，可根據(jù)要求調(diào)節(jié)銅槽結(jié)構(gòu)，設(shè)定超導(dǎo)芯絲，通用性和生產(chǎn)效率較高，應(yīng)用最為廣泛。

圖2 超導(dǎo)線材的三種不同截面

以牛津公司生產(chǎn)的鑲嵌式扁帶高銅超比NbTi/Cu 超導(dǎo)體開(kāi)展單晶硅磁場(chǎng)的研究，文獻(xiàn)[6]介紹NbTi/Cu 的臨界電流密度Jc 與場(chǎng)強(qiáng)B 的關(guān)系，可依據(jù)下列公式：

若Bm=4T，則由式（1）和式（2）可得，Tc=8.036 K，Jc=1.47×109A/m2。

2.1.2 參數(shù)

由于磁體裝置屬低電壓、大電流、大功耗設(shè)備，在滿足場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上還需考慮功耗，由此確定合適的電流大小和線圈導(dǎo)線面積是關(guān)鍵。

由物理學(xué)知識(shí)可得單個(gè)線圈功率的計(jì)算公式：

式中：ρ 為電阻率，r 為半徑，N 為匝數(shù)，S 為導(dǎo)線面積，I 為電流。其中令ρr 為K，從公式（3）可得P與IN、I/S 之間為正比例關(guān)系，其中IN 為安匝數(shù)，I/S 為導(dǎo)線的電流密度。確定磁場(chǎng)后，則可確定安匝數(shù)，根據(jù)單晶爐的空間和安匝數(shù)IN 的具體情況，綜合考慮導(dǎo)線面積、電流大小、匝數(shù)。選NbTi/Cu矩形鑲嵌式扁帶超導(dǎo)線的截面積為3.2 mm2，額定工作電流為150 A，匝數(shù)9 000 匝作為安匝配合。超導(dǎo)體的截面圖如3 所示。

圖3 超導(dǎo)體截面

2.2 線圈結(jié)構(gòu)及參數(shù)

為配合單晶爐使用，使磁體易于調(diào)節(jié)、所占空間位置更小，提出了一種整體呈圓弧瓦狀線圈，采用NbTi/Cu 復(fù)合矩形線密繞而成。線圈由兩條載流直導(dǎo)線與兩個(gè)彎道弧形構(gòu)成瓦狀，其內(nèi)任一點(diǎn)空間磁場(chǎng)可視為直導(dǎo)線部分與彎道弧形部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)矢量和。

空間直導(dǎo)線內(nèi)任一點(diǎn)P 產(chǎn)生的磁場(chǎng)可由Biot-Savart 定律計(jì)算[7]：

式中：μ0為磁導(dǎo)率（4π×10-7H·m）；I 為電流，單位A；d 為線間距離，單位mm；θ1、θ2為線與點(diǎn)P、線端點(diǎn)連線之間的夾角。設(shè)導(dǎo)線長(zhǎng)為2a，兩條線距離為2b，它們之間的對(duì)稱中心為原點(diǎn)，可得：

由此可得，一條直導(dǎo)線在P 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：

同理，線圈對(duì)稱的另一條導(dǎo)線在P 點(diǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)為B12，則B1=B11+B12即為線圈直線部分在P 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小。

圓弧線圈中電流元在空間任一點(diǎn)P 產(chǎn)生的磁場(chǎng)可分解為與坐標(biāo)軸平行及垂直的分量。由畢奧薩伐爾定律可得單一圓弧線圈在P 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)：

式中：r1為P 點(diǎn)與其中一條彎道的距離，且：

同理可得另一側(cè)彎道磁場(chǎng)分布。進(jìn)行矢量疊加可得到彎道部分在空間P 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，即為：B2=B21+B22，則整個(gè)瓦型線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)為B2與B1的矢量之和。根據(jù)磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合赫姆霍茲線圈產(chǎn)生高均勻場(chǎng)強(qiáng)的尺寸關(guān)系（線圈半徑等于線圈間中心距）與單晶爐結(jié)構(gòu)尺寸約束，由系統(tǒng)容量預(yù)估出初值，初定彎道內(nèi)弧半徑為1050 mm，直導(dǎo)線段距離1200 mm。

3 磁場(chǎng)分析

為了驗(yàn)證線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，借助數(shù)值分析獲得坩堝區(qū)域的磁場(chǎng)分布，并通過(guò)軟件對(duì)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化。

3.1 建立模型

磁體主要包括線圈和中心坩堝部分，依據(jù)初值參數(shù)建模，切分處理形成規(guī)整六面體網(wǎng)格，如圖4（a）、（b）所示。坩堝硅溶體與線圈的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，加載電流為150×9 000，如圖4（c）所示。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2.1 磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響

在導(dǎo)體直流電150 A、匝數(shù)9 000 的條件下，分別計(jì)算一對(duì)瓦狀線圈與兩對(duì)瓦狀線圈正交式結(jié)構(gòu)和非正交式結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)，研究初值參數(shù)相同前提下，哪種結(jié)構(gòu)最有利于抑制坩堝內(nèi)的熔體對(duì)流。三維模擬模型如圖5 所示，具體數(shù)值求解結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)對(duì)磁場(chǎng)的影響

圖5 磁場(chǎng)三維結(jié)構(gòu)圖

從表1 可以看出，在結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，線圈對(duì)數(shù)增加，場(chǎng)強(qiáng)變大。為滿足物理設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇兩對(duì)線圈。兩對(duì)線圈時(shí)，非正交式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)值更大，提高了7%。因?yàn)榉钦皇浇Y(jié)構(gòu)磁場(chǎng)由一個(gè)線圈與另外線圈的一部分矢量疊加，大于由一個(gè)線圈的電磁效應(yīng)生成的正交式結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)。單晶生長(zhǎng)系統(tǒng)中磁場(chǎng)的作用是抑制熔體對(duì)流，場(chǎng)強(qiáng)越大，抑制效果越佳，則生長(zhǎng)的晶體品質(zhì)越高。故非正交式結(jié)構(gòu)更能有效抑制對(duì)流，結(jié)構(gòu)優(yōu)越性更佳。

3.2.2 線圈截面結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響

選取非正交式瓦狀線圈結(jié)構(gòu)，給定直流電150 A、匝數(shù)9 000，通過(guò)分析線圈截面不同的縱橫向匝數(shù)排布對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響，進(jìn)而優(yōu)化線圈截面尺寸，得到坩堝區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布情況如圖6 所示，具體數(shù)值如表2 所示。

圖6 磁場(chǎng)強(qiáng)度分布等值線圖

表2 匝數(shù)排布對(duì)磁場(chǎng)的影響

根據(jù)表2 計(jì)算結(jié)果可以看出，場(chǎng)強(qiáng)B 隨不同縱橫向繞線層數(shù)而變化。當(dāng)匝數(shù)排布為50×180（線圈截面的尺寸為112×256.5）時(shí)，坩堝中心處最低場(chǎng)強(qiáng)值達(dá)0.5T，且坩堝區(qū)域磁場(chǎng)的相對(duì)變化率最低，均勻性最好，因單匝線圈對(duì)場(chǎng)強(qiáng)B 的影響因素主要包括距離和角度兩者。線圈縱向匝數(shù)更靠近坩堝內(nèi)壁面，產(chǎn)生的B 值大，但每匝線圈在水平方向角度變大，產(chǎn)生的水平方向分量B 值減小，反之橫向匝數(shù)變化。場(chǎng)強(qiáng)B 也隨距離和角度的變化而變化[8]。為確認(rèn)如何排布此新型瓦狀結(jié)構(gòu)線圈最為合理，本節(jié)對(duì)比了不同排布下的數(shù)值求解結(jié)果，選取匝數(shù)排布為50×180，線圈截面尺寸為112×256.5 mm，直流電為150 A，匝數(shù)9 000 的非正交式瓦狀線圈結(jié)構(gòu)作為最終優(yōu)化參數(shù)。

3.2.3 磁屏蔽體厚度對(duì)漏磁的影響

根據(jù)線圈圓弧形結(jié)構(gòu)采用圓筒形磁屏蔽體，包括上下環(huán)形蓋和側(cè)壁。選取導(dǎo)磁性良好的DT4E型純鐵材料減小磁體漏磁及對(duì)周?chē)姶旁O(shè)備和人的影響。屏蔽體厚度可降低漏磁，但過(guò)厚會(huì)加大成本與體積，在選取厚度時(shí)應(yīng)綜合考慮磁體磁通量大小、線圈空間體積和材料生產(chǎn)成本等因素[9]。通過(guò)數(shù)值求解計(jì)算，分析厚度與漏磁的影響，得到厚度與場(chǎng)外50 mm 處漏磁之間的關(guān)系，如圖7 所示。

圖7 屏蔽體厚度與磁場(chǎng)外0.05 m 處磁場(chǎng)強(qiáng)度

由圖7 可知，厚度增加，漏磁強(qiáng)度降低。在綜合考慮各因素的基礎(chǔ)上，以中心場(chǎng)強(qiáng)大于5000GS、側(cè)屏蔽體外50 mm 處的場(chǎng)強(qiáng)小于600GS 為標(biāo)準(zhǔn)，最終確定屏蔽體厚度為75 mm。

3.2.4 磁芯高度對(duì)堝壁場(chǎng)強(qiáng)的影響

磁屏蔽體厚度增加可提高內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)，鑒于設(shè)計(jì)的磁體結(jié)構(gòu)尺寸大，75 mm 厚的磁屏蔽體對(duì)堝壁場(chǎng)強(qiáng)的影響甚微。為有效提高坩堝區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)，給線圈加入DT4E 型純鐵磁芯，磁芯相離的一端通過(guò)磁屏蔽體側(cè)壁連接構(gòu)成磁回路。磁芯橫截面積越大，場(chǎng)強(qiáng)越高，本節(jié)選定磁芯內(nèi)弧半徑850 mm，外弧半徑即磁屏蔽體側(cè)壁內(nèi)徑1 400 mm，優(yōu)化磁芯高度。作為大尺寸組件，尺寸過(guò)小會(huì)限制磁通量，過(guò)大會(huì)增加成本，只有在磁通量接近飽和時(shí)認(rèn)定為合適尺寸。磁路結(jié)構(gòu)如圖8，數(shù)值分析結(jié)果如圖9。根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值增勢(shì)趨于飽和，最終選取磁芯高度為400 mm。

圖8 磁路結(jié)構(gòu)圖

圖9 磁芯高度與堝壁磁場(chǎng)強(qiáng)度變化圖

3.3 電感與儲(chǔ)能

載流線圈中電磁參數(shù)電感大小是指通過(guò)線圈的磁通磁鏈與磁場(chǎng)回路的電流正比比值，它的計(jì)算結(jié)果是分析和工藝參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。由于電感使磁場(chǎng)具有能量，能量分布于整個(gè)磁場(chǎng)空間。借助數(shù)值求解軟件查看磁體儲(chǔ)能，線圈的總能量為0.326 57×106（J），通過(guò)線圈電感與線圈總能量的關(guān)系可得瓦狀線圈的電感值為29 H。

綜上所述，單晶爐外加磁體的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)以及在正常運(yùn)行過(guò)程中電磁參數(shù)的相關(guān)計(jì)算結(jié)果如表3 所示。

表3 磁體線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行中的主要電磁參數(shù)

4 磁場(chǎng)數(shù)值分析

圖10為優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布。DT4E 電工純鐵磁芯使磁通量集中于磁路中，有效降低磁損耗、增強(qiáng)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)。單晶生長(zhǎng)系統(tǒng)中坩堝區(qū)域的磁場(chǎng)分布情況是磁體最為關(guān)鍵的部分，包括坩堝邊、坩堝中心、液面下適當(dāng)距離處的磁場(chǎng)強(qiáng)度及均勻度。圖11 是坩堝區(qū)域內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)矢量俯視圖，整體呈水平且強(qiáng)度均勻的橫向磁場(chǎng)，磁力線垂直于晶體生長(zhǎng)軸。由磁效應(yīng)及安培定律知，線圈與坩堝邊最為貼近，場(chǎng)強(qiáng)最大。隨著距離加大，空氣磁阻增強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)逐漸變小，至中心處最小。

圖10 整個(gè)模型磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量分布

圖11 坩堝區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量分布俯視圖

以上從場(chǎng)強(qiáng)矢量圖定性分析磁場(chǎng)分布，下面在坩堝區(qū)域定義出兩條關(guān)鍵路徑，定量分析磁場(chǎng)的具體分布，并對(duì)比有無(wú)磁芯下的場(chǎng)強(qiáng)大小。以坩堝中心為原點(diǎn)，在坐標(biāo)軸上定義出兩條路徑，X 軸兩邊各取400 mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為BX，在Z 軸上下各取一段距離場(chǎng)強(qiáng)為BZ，分析各路徑上磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。

在圖12 中，坐標(biāo)橫軸代表X 軸上定義的路徑，總長(zhǎng)度為800 mm，中間400 mm 處代表坩堝中心，0 mm 處和800 mm 處代表X 軸上坩堝邊區(qū)域。從圖中可明確看出：

圖12 X 軸坩堝區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

（1）B 關(guān)于原點(diǎn)中心對(duì)稱；

（2）坩堝邊區(qū)域B 值最大，能有效抑制坩堝壁自下而上的自然對(duì)流，降低雜質(zhì)氧。坩堝中心處B值最小，使得晶棒下的溶液攪拌，混合均勻，滿足場(chǎng)強(qiáng)分布要求；

（3）磁場(chǎng)強(qiáng)度從坩堝邊至坩堝中心線性減?。?/p>

（4）磁力線通過(guò)高導(dǎo)磁率磁芯，有效聚集引導(dǎo)磁感線提高內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)，加磁芯后X 軸上B 接近等比例增長(zhǎng)，增幅約5.33%。由于磁場(chǎng)的對(duì)稱性，Y軸分布規(guī)律與X 軸相似。

在圖13 中，坐標(biāo)橫軸代表Z 軸上定義的路徑，總長(zhǎng)度為300 mm，中間150mm 處代表坩堝中心處液面，0 mm 處和300 mm 處代表液面上下區(qū)域。從圖中可明確看出：

圖13 Z 軸坩堝區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

（1）B 關(guān)于原點(diǎn)中心對(duì)稱；

（2）坩堝中心液面處B 值最大，液面上下大約50 mm 區(qū)域內(nèi)B 值變化相對(duì)兩邊區(qū)域變化平緩均勻，具有較高磁場(chǎng)均勻度，更有效抑制熱對(duì)流，保證單晶硅純度、雜質(zhì)均勻度，提高晶體品質(zhì)；

（3）隨著距離的增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度線性減??；

（4）同樣在有磁芯情況下，Z 軸上內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)可接近等比例增強(qiáng)，增幅約5.28%。因硅熔體液面中心處的B 值影響該處毛細(xì)對(duì)流對(duì)硅熔體內(nèi)部氧的蒸發(fā)和晶體縱向均勻性，故要求B 值盡可能小，所以一般磁場(chǎng)中心面取在坩堝中心液面下30-50 mm。

5 結(jié)論

提出一種用于直拉單晶爐的外加新型超導(dǎo)磁體，通過(guò)數(shù)值分析得出如下結(jié)論：

（1）該新型瓦狀線圈整體呈圓弧形，且易于調(diào)節(jié)，所占空間位置更小，采用NbTi/Cu 復(fù)合矩形線密繞而成，滿足單晶硅生長(zhǎng)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度（最低0.5T）及分布要求。

（2）借助數(shù)值分析確定瓦狀線圈的結(jié)構(gòu)及匝數(shù)排布，磁屏蔽體厚度、磁芯高度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，選定超導(dǎo)線圈安匝數(shù)為150×9 000、匝數(shù)排布為50×180、圓筒形磁屏蔽體厚度為75 mm、磁芯高度為400 mm 的非正交式結(jié)構(gòu)，坩堝區(qū)域磁場(chǎng)均勻度達(dá)到8.5%，滿足單晶爐磁場(chǎng)基本要求。

（3）分析結(jié)果顯示磁芯能夠有效增強(qiáng)坩堝區(qū)域內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)。X/Y 軸場(chǎng)強(qiáng)在中心處最小，堝邊處最大；Z 軸場(chǎng)強(qiáng)在中心處最大，在固液面上下一定區(qū)域內(nèi)變化平緩均勻。實(shí)際使用中磁場(chǎng)中心面一般取坩堝中心液面下30-50 mm。