随着半导体材料技术和半导体加工-艺日益成熟以及现代化电子行业迅猛发展需要，对现代半导体制造最基础的硅材料提出了大直径、高纯度、高完整性和高均匀性要求，即“三高一大。在晶体生长过程中，向坩埚内引入磁场是日前抑制对流提高品体质量的重要方法。本文针对该方法的关键设备磁场目前存在的主要问题，以及大直径磁场及其对晶体生长的影响进行了相关研究。其主要内容如下：
　　(1)通过对直拉法晶体生长坩埚内熔体温度分布、熔体对流以及磁场对熔体对流的抑制机理进行了分析研究，得到了坩蜗内熔体主要存在四种对流，其中，热对流是主体对流，强度最强，作用区域最大，主要集中在熔体卜部靠近坩埚壁区域；通过对勾形磁场抑制熔体对流机理研究，得到了勾形磁场的中心面坩蜗壁处的径向分量Brmax、底部壁处的纵向分量Bzmax以及巾心面下（上）20mm坩埚壁处的纵向分量Bzmin是磁场抑制熔体对流的关键参数。
　　(2)依据相关理论分析推导出了勾形磁场的磁场强度（正交磁场）与等效微重力加速度之间的理论关系式：geff=（ρ·γ0·g0）/(μ2·σ·Δh2·B2)，并对低卫星轨道的微重力环境下勾形磁场的关键参数进行了分析计算，得到了能有效抑制熔体主体对流的勾形磁场设计指标：Brmax为400GS、Bzmax为800GS、Bzmin小于110GS。为勾形磁场关键参数的确定在理论上提供了一种方法。
　　(3)利用ANSYS有限元模拟软件对MC2-6000A型单品炉横向磁场和勾形磁场结构以及电学参数进行了优化设计，得到了磁场的优化设计参数。通过实验对其主要参数进行了验证。其结果表明了该模拟方法是正确的、符合实际的、完全可以信赖。为进一步磁场设计提供了一套完整的模拟方法以及具有参考价值的经验参数。
　　(4)提出了一种具有上下导磁环和中心导磁环的勾形磁场新屏蔽体结构。该结构可减小磁回路磁阻，提高线圈的磁效率，降低磁场功耗。在其它条件相同条件下(线圈电流350A)，使勾形磁场Brmax的强度提高了27.0%j在相同Brmax强度(491GS)时，功耗降低了36%。为降低勾形磁场功耗提供了一种新屏蔽体结构。
　　(5)提出了一种高电压、小电流、低功耗的电压型勾形磁场结构。该磁场分布与现有勾形磁场的分布以及磁场特性规律完全相同。该磁场（2400匝）与现有的勾形磁场(120匝)相比，在相同磁场Brmax强度(491.6GS)时，磁场功耗从原来的19.5KW降到9.8KW,降低了50%。为研究开发、设计低功耗勾形磁场，提供了一种新的磁场结构。
　　(6)通过晶体生长实验对设计的磁场进行了验证，结果表明了推导的磁场强度与等效微重力加速度之间理论关系式是正确的、符合实际的、完全可用于勾形磁场关键参数的计算。