直拉法生长直径300 mm硅单晶过程中，直径均匀是获得高品质硅单晶的关键。在生产实践中发现，当硅晶体进入等径生长阶段，过高的提拉速度会引起晶体发生扭晶现象，导致晶线断裂随即变晶，对等径生长不利。本文采用数值模拟和理论相结合的方法分析了300 mm硅单晶生长过程中扭晶现象的成因，建立了不同提拉速度下晶体直径与熔体温度分布的关系，分析了晶体发生扭晶的影响因素。结果表明，随着提拉速度的增加，熔体自由表面产生过冷区且该过冷区随提拉速度的增加不断扩大，过冷区的产生是导致晶体发生扭晶的主要原因。提出了一种基于有限元热场数值模拟的最大稳定提拉速度的判别方法，并给出了通过改变晶体旋转速度来改善熔体自由表面温度分布的工艺措施建议，从而避免晶体扭晶现象的发生。研究结果对设计大尺寸硅单晶生长热场具有一定的指导作用。

针对不同超导水平磁场结构的磁力线分布对300 mm直拉硅单晶固液界面影响问题，本文采用一种基于格子Boltzmann方法的耦合热格子模型，解决温度场与速度场耦合建模问题，并对不同结构的超导磁场作用下的晶体生长进行了三维数值模拟。结果表明，采用单磁力线分布的超导磁场结构使得固液界面氧含量降低，但是容易引起熔体内部热分布不均匀；采用双磁力线分布结构能够有效地改善熔体内部沿晶体生长的轴向温度梯度和沿固液界面的径向温度梯度，然而，其对固液界面氧含量抑制作用较小。当晶转、埚转工艺作用时，超导单磁力线水平磁场结构明显优于超导双磁力线水平磁场结构，固液界面形状对称性随磁感应强度的增加而增强。