大尺寸直拉单晶硅的“增效降本”是当前光伏企业急需解决的问题。本文采用有限元体积法对φ300 mm直拉单晶硅生长过程分别进行稳态和非稳态全局模拟, 研究提高拉晶速率对直拉单晶硅生长过程中的固液界面、点缺陷分布以及生长能耗的影响。结果表明: 拉晶速率提高为1.6 mm/min时固液界面的偏移量为33 mm, 不会影响晶体的稳定生长; 拉晶速率对晶体中点缺陷的分布起决定性作用, 提高拉晶速率不仅能降低自间隙点缺陷的浓度, 而且使晶棒内V/G始终高于临界值; 且拉晶速率对功率消耗影响较大, 提高拉晶速率后晶体生长时间减少了46.4%, 单根晶体生长消耗功率降低了约4.97%。优化和控制适宜的拉晶速率有利于低成本地生长特定点缺陷分布甚至无点缺陷单晶硅, 为提高大尺寸直拉单晶硅质量、降低生产能耗提供一定的理论支持。

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。