直拉法生长单晶硅是目前最常用最成熟的工业化方法。在直拉法生长单晶硅的过程中,熔体热对流是影响单品质量的重要因素之一。研究表明,若在单晶生长过程中引入磁场,当磁场值达到某一值时,熔体对流将被抑制。在国家863计划项目“单晶生长用永磁磁体的研制与产业化”的支持下,本文对单晶生长用永磁可变磁场系统进行了设计研究。 本文的主要工作包括磁体结构设计和机械及控制系统设计。 在磁体结构设计中,本文采用有限元软件分别对单、双环形永磁结构进行了分析计算。两种结构均能在磁环中心产生稳定的均匀磁场,采用单环形永磁结构时磁场大小恒定不变,而采用双环形可实现磁场大小在某一范围内连续可调。本文重点研究了双环永磁体结构,通过改变内外磁环的相对角度,可以控制磁环中心部分的磁感应强度在0到2400高斯范围内变化。 在机械及控制系统设计中,由于磁体需套装在单晶炉上,因此采用了蜗轮蜗杆机械驱动外磁环转动的机械结构。为实现磁场大小调节和磁场旋转,控制系统采用工控机控制步进电机和异步电机的控制方案。