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研究直拉式单晶炉受力结构分析

[2014/9/23]

   直拉式单晶炉是采用直拉法(M3)生产无位错硅单晶的重要设备,目前世界上80%以上的硅单晶锭的生产采用直拉式硅单晶炉"随着集成电路产业的发展,对设备要求装料量大于250kg,拉制硅单晶直径大于300mm(12英寸),因此晶体的生长时间长,通常大于50h,对设备的稳定性要求高,而设备的结构是设备的基础,其设备的结构和稳定性对整个晶体生长拉晶过程有重要的影响"直拉式单晶炉结构的静力分析是整个结构分析的基础。目前最常用也最有效的结构分析方法就是仿真,通过模拟实际工作环境,了解可能出现的结构问题,从而进行改进。而有限元等数值分析理论与计算机结合,出现了一大批可以进行各方面仿真的大型软件,它们为设计阶段进行模拟仿真提供软件支持。在进行结构分析和设计中,很多时候需要具体部位的宏观载荷值"通过实验的方法获取的宏观力较为准确,但在受到条件限制而无法通过实验测出宏观力时,往往根据材料力学方法,采用估算的方式,将载荷平均或按一定经验分配来获得近似结果,导致误差较大。本文通过仿真分析的方法对直拉式单晶炉部件进行结构分析,采用有限元法的件分析获得微观的应力分布,根据微观应力与宏观载荷间的关系,从微观应力理论上准确的计算出宏观载荷"。

    直拉式单晶炉的基本结构由机架和炉室两大部分组成,机架作为设备的主体支撑部分,其结构性能十分重要。本文以直拉式单晶炉为研究对象,建立了机架部分的有限元模型,采用软件对其进行静力分析,同时利用该分析结果和软件提供的强大后处理功能,从微观应力分布中提取计算出底座下各垫铁的宏观载荷情况,对单晶炉静态特性进行判定,为改善其结构性能提供了依据。

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