硅单晶材料是最重要的半导体材料,是信息社会的物质基础。特别是伴随着太阳能光伏产业和半导体信息产业的迅猛发展,对单晶硅材料的需求非常大。目前国内用于大规模集成电路的3-8英寸单晶硅的生产绝大部分采用进口,而用于极大规模集成电路级的大直径高性能单晶硅的生长工艺、设备技术等仅垄断在国外几家公司中,无法进行购置。作为大直径单晶炉设备重要部件之一的Cusp磁场装置,对单晶硅质量控制起着重要的作用,急需实现该设备的国产化。传统的Cusp磁场装置存在着功耗高、线圈加工工艺复杂、设计可重复性低的缺点,随着单晶炉尺寸的增大越明显。本课题在分析Cusp磁场装置功耗和传统线圈工艺的基础上,提出了一种新型_的应用于Cusp磁场的线圈形式和冷却方式,并完成了冷却系统和线圈的设计、加工,有效的降低了功耗。同时利用有限元分析软件Maxwell对Cusp磁场进行建模仿真,对磁场结构参数进行了仿真模拟和优化设计,提高线圈励磁效率。论文各章内容分述如下：第一章论述了本课题的研究背景、意义和国内外发展现状,提出了本课题的研究内容和关键技术。第二章在总结分析的基础上,对磁场对单晶炉熔体对流和氧运输等进行分析和研究,为Cusp磁场的设计指标提供依据。第三章以TDR130型单晶炉为设计依据,利用有限元分析软件Maxwell对Cusp磁场建模仿真,对关键磁场结构参数(线圈直径、线圈间距、匝数比、导磁体结构)进行分析和优化设计,Cusp磁场结构设计提供了一种参考方法。第四章基于Cusp磁场功耗的分析,提出了一种应用于Cusp磁场装置的线圈形式和冷却方式,并完成了冷却系统和线圈的设计和加工。第五章完成了Cusp磁场进行了性能测试和拉晶试验,分析试验结果。第六章概括了论文的主要研究工作和成果,并对今后的研究工作进行了展望。