大尺寸硅单晶作为我国各类半导体器件和集成电路的基础材料,其品质对电子器件的性能产生直接影响。如何减少硅单晶中的氧、碳等杂质含量以及提高晶体轴向和纵向的均匀性成为首要目标。研究发现在晶体生长过程中引入磁场可以很好地抑制熔体中的对流来提高晶体的品质。根据坩埚内熔体的对流,分析控制对流并提出磁场优化目标。目前在CZ法晶体生长系统中能够较好地提高晶体品质的磁场主要有Cusp磁场和四极磁场,利用三维有限元建模法对Cusp磁场建模,并利用所建立的模型计算得到在励磁电流一定的情况下,所需要的线圈的层数;确定了磁场线圈层数之后依次分析了磁场的上下线圈间距、屏蔽体厚度对磁场强度的影响,对结构参数进行优化。利用三维有限元建模法对四极磁场进行建模,利用所建立的模型分析了线圈横向层数和纵向层数对磁场位形的影响;分析了在励磁电流一定的情况下,线圈层数、屏蔽体厚度对磁场强度的影响。对四极磁场的结构提出优化,将原来正交式结构优化为非正交式结构,在励磁电流、屏蔽体厚度以及线圈层数相同的前提下,仿真结果表明非正交式结构得到的磁场强度和漏磁均优于正交式结构。提出数值仿真和智能算法结合的策略,对Cusp磁场的结构参数进行多目标优化。将包括线圈径向总层数、上下线圈间距和屏蔽体厚度等三个参数变量的磁场强度和磁体体积作为目标函数。通过建立多目标函数的模型,用NSGA-II算法得到了满足Pareto最优解的参数。最后利用ANSYS进行了验证,证明优化得到的工艺参数满足晶体生长的要求。