多晶硅真空定向凝固过程是一个多物理场共同作用,相互影响的复杂耦合过程。整个过程涉及传热、熔体流动、相变、杂质扩散、分凝、应力增殖等多种物理过程。本文通过建立的多晶硅真空定向凝固过程的传热-流动-传质-热应力的多物理场耦合热质迁移模型,模拟研究了Marangoni对流对多晶硅铸锭质量的影响以及硅熔体中Al杂质元素扩散迁移的特性,并通过实验测试了多晶硅样品的宏观形貌、杂质富集特性、铸锭晶粒尺寸以及少子寿命。通过模拟和实验对比研究,获得了制备多晶硅较优的工艺方法。研究工作对多晶硅真空定向凝固过程工艺改进和参数优化有一定的指导意义。研究结果表明,当硅熔体受到Marangoni对流作用时,硅熔体的平均流动速度与最大流动速度分别增大了3倍和4倍左右,强烈的流动增强带来了硅料换热能力的巨大变化,使其温度场更加均匀。在Marangoni对流作用下,硅熔体的温度梯度降低了4.8%-9.9%,硅固体的温度梯度降低了2.1%-2.6%,同时在Marangoni对流作用下,铸锭内部平均应力和最大应力都得到了一定程度的降低。综合模拟仿真得出的结果和对实验样品进行分析测试后得出的结果可知多晶硅铸锭内部的应力大小、位错缺陷、杂质富集特性以及晶粒尺寸会对多晶硅锭的电学性能尤其是少子寿命产生显著的影响。通过研究定向凝固过程硅熔体流动强度对硅中杂质Al的传输富集特性发现,硅熔体的流动强度与杂质Al的输运效果息息相关,当硅熔体的流动强度介于10-3～10-4m/s时,由硅熔体流动引起的杂质输运是微乎其微的,当硅熔体流动强度大于10-2m/s时,此时硅熔体流动会显著增强杂质Al的输运,当定向凝固过程结束后,杂质Al最终在硅锭顶部靠近侧壁的位置形成富集。