大回旋电子枪中的CUSP磁场研究

会切(CUSP)磁场是产生大回旋空心CUSP电子注的关键,该文分别对CUSP磁场中双曲正切模式和Moster-Molnar模型进行探讨,通过理论分析和数值模拟,建立适合于大回旋器件用CUSP磁场的物理模型;并对CUSP磁场设计中的影响因数进行探讨;同时探讨了CUSP磁场与大回旋空心CUSP电子枪的关系,结果表明:改变CUSP磁场的阴极区磁场的变化对设计低速度零散、低纹波、高速度比值α的轴向环绕大轨迹CUSP电子枪有较大的影响。

大直径单晶炉Cusp磁场设计与实现

随着硅单晶材料向着大直径、高性能方向发展,通过施加Cusp磁场来提高材料质量成为研究趋势。但目前大直径单晶炉Cusp磁场存在功耗大、加工难等缺点。针对这些问题,提出一种实心螺线管式的磁场线圈结构及线圈外部冷却方式,然后以TDR130型单晶炉(32吋坩埚)为例,通过有限元分析法对其Cusp磁场分布、线圈匝数、间距等参数进行了数值模拟及分析,并根据模拟分析结果对磁场结构进行了优化及设计。实验结果表明:数值模拟结果与实测值较好地吻合,同时这种Cusp磁场线圈结构形式及冷却方式能够满足单晶炉的生产要求,功耗降低20%以上。

Cusp磁场中CZ硅氧浓度分布的数值模拟

利用FEAMG-CZ软件,模拟研究了cusp磁场对称面(定义为0高斯面)与熔体自由表面距离对直拉硅固液界面氧浓度分布的影响。结果表明:随着0高斯面的下移,熔体中的最小氧浓度降低,而固液界面的氧浓度升高,且径向均匀性变差。分析表明,这与熔体自由表面处的Marangoni流有关,抑制该流动有利于熔体中氧的蒸发,从而在自由表面下获得更低氧浓度的熔体,但会阻碍自由表面下方低氧熔体往固液界面的输运。因此,推断当0高斯面位于熔体自由表面下某一位置时,固液界面氧浓度将达到最低。模拟中,该位置位于Hm=0～-0.01m之间。

CUSP磁场对直拉硅单晶氧浓度分布影响的数值模拟

利用有限元分析软件对Φ300 mm直拉硅单晶生长过程进行模拟,分析了保持CUSP磁场对称面与熔体坩埚界面交点处的径向分量不变的情况下,硅单晶中氧浓度分别随CUSP磁场通电线圈距离、通电线圈半径的变化规律。随着通电线圈距离和半径的增大,晶体熔体固液界面氧浓度均逐渐降低。随着通电线圈距离和半径的增大,硅熔体径向磁场强度逐渐增大,对坩埚底部熔体向晶体熔体固液界面处对流的抑制作用加强,固液界面下方熔体轴向流速减小,使得从坩埚底部运输上来的富氧熔体减少,继而固液界面处的氧浓度降低。随着线圈距离和半径的增大,为保持所需磁场强度,施加电流也逐渐增大,从而能耗增大,与增大通电线圈距离相比,增大通电线圈半径所需的电流较大。通过实验,将CUSP磁场对单晶中氧浓度分布影响的数值模拟结果与实际晶体生长进行了对比,实验结果验证了数值模拟的结果。

大回旋cusp电子注数值模拟

新一代宽带、高增益、大功率回旋行波管需要新型的电子注,而大回旋cusp电子注为其实现提供了可能。对大回旋cusp电子注进行系统理论分析,建立了大回旋cusp电子注的物理模型,在理论分析基础上进行了大量数值计算和模拟优化,并对大回旋cusp电子枪设计中的影响因素进行探讨。设计出一支低速度零散、高速度比、低纹波,适用于高次谐波的高功率(54 kV,2.7 A)cusp电子枪。

大尺寸单晶炉勾形磁场的优化设计

本文在分析cusp磁场抑制对流原理的基础上,采用有限元法对大尺寸单晶炉cusp磁场进行了建模。利用模型分析了磁场结构尺寸对磁场强度的影响,优化了磁场结构;分析了线圈规格对磁场功率的影响,优化了磁场功率;并通过实验验证了建模方法的有效性。实验结果表明:该模拟方法可用于大尺寸单晶炉cusp磁场的实际设计。

Simulation of Heat Transfer and Oxygen Transport in a Czochralski Silicon System with and Without a Cusp Magnetic Field

Simulations of heat transfer and oxygen transport during a Czochralski growth of silicon with and without a cusp magnetic field were carried out. A finite volume method with a low-Reynolds number K-e model proposed by Jones-Launder was employed. The numerical results were compared with the experimental data in the literature. It is found that the calculated results are in good agreement with the experimental data.

回旋管电子枪的发展及其评述

回旋管电子枪是一种具有重要发展前景的高功率微波源(HPM)电子枪。该文简要介绍了回旋管电子枪的结构和设计原理,并且评述了国际上加旋管电子枪的发展状况及趋势,着重介绍了大回旋电子枪的发展状况及趋势,并指出了回旋管电子枪发展中存在的一些关键问题及一些建议。