硅单晶是信息、电子和光伏等产业的重要基础材料,且直拉法是制备硅单晶最重要的方法之一,目前,计算机模拟硅单晶生长已成为控制硅单晶质量、制定生长工艺的重要研究手段。本文通过有限元方法建立硅单晶生长过程数学模型,针对拉晶速度、氩气流速和拉晶高度对硅单晶生长过程的影响,通过数学知识、晶体生长原理、计算机仿真知识等手段,运用有限元方法,对不同拉晶速度下、氩气流速和拉晶高度下Φ200mm硅单晶直拉过程的固-液界面、熔体热场与流场、晶体热应力以及微缺陷产生几率进行了模拟研究,同时针对Φ400mm直拉硅单晶生长过程中拉晶速度对空洞状态的影响实施了模拟分析,为实际生产时直拉硅单晶的工艺优化和缺陷控制提供指导。结果表明,在晶体拉制过程中,随着拉晶速度的增加,固液界面形状经历了凹→平→凸的变化；熔体的温场和流场变化不大,仅熔体自由表面温度和熔体/坩埚界面温度有所降低,有利于减少内部缺陷；晶体最大热应力和V/G值有所增加；位错产生几率增加而氧化诱生堆垛层错环产生几率减小。随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,且空洞密度曲线和平均直径曲线基本上都向晶体边缘整体平移、无空洞区面积减小,空洞形成几率增大；拉速变化不影响空洞分布规律。随着氩气流速的增大,氩气温度和炉内散热效率升高；熔体的温度梯度增大,中间顺时针涡胞增强；晶体温场变化不大,V/G值有所减小；产生氧化诱生堆垛层错环的几率增大。随着拉晶高度的增加,固液界面形状经历了凹→平→凸(放肩阶段凸度略有减小)；熔体温场均匀性改善,熔体流场的涡胞有所减弱；晶体热应力变化不明显；位错产生几率减少。在确保直拉过程稳定的前提下,选择合适的拉晶速度、减小氩气流速和增加拉晶高度、可提高硅单晶的直拉效率,减少缺陷产生几率,改善产品质量。