随着硅单晶直径的增大和对其质量要求的提高，磁场拉晶已经成为生长大直径硅单晶的有效手段。实践证明磁场拉晶能较好地控制晶体中的氧含量和微缺陷，其中尖磁场(Cusp磁场)是最理想的磁场。有效地利用Cusp磁场硅晶体生长技术，必需解决两个问题：1)在坩埚区域内获得适合于控制熔体流动的磁场强度和分布；2)以产业界能够接受的、尽可能低的能耗建立所需强度的磁场。为此，本文提出了直拉硅单晶生长Cusp磁场的研究和设计。 本文从Cusp磁场结构着手，结合电磁场基本原理及实际单晶炉特征，采用积分法及炉体立体空间网格化等手段，设计和编写了Cusp磁场模拟程序，实现了Cusp磁场空间任意点磁场强度的计算。与有限元(Ansys)法相比，该模拟程序可根据实际要求修改各参数而无需再次建模，并能方便、直观、快速地模拟出磁场强度分布、磁力线、坩锅大小与位置。 运用该模拟软件，通过调整上下线圈位置、上下线圈电流比例及上下线圈径向与纵向线圈匝数等参数，研究了Cusp磁场结构组成中各参数对磁场分布的影响规律。在掌握这些规律的基础上，对生长8英寸硅单晶生长炉的磁场做了进一步探讨，研究其坩埚壁与坩埚底部的磁场分布情况，模拟得到较优的Cusp磁场。在优化条件下，采用普通铜导线，生长区域附近径向磁场强度达到350高斯，纵向磁场强度达到1200高斯，功耗为54.4kW。该优化磁场既满足晶体生长对磁场强度的要求，又满足工业生产中较低功耗的要求。同时，对超导材料的磁场分布进行了模拟。结果表明，磁场尺寸相同时，其磁场强度是采用普通导线的25倍。最后，运用有限元法对模拟得到的优化参数进行了验证，结果表明积分法与有限元方法计算的结果基本一致。 本文设计和编写了Cusp磁场模拟程序，讨论了Cusp磁场结构组合与其磁场分布的问题，得到了较优化的Cusp磁场设置参数。经验证该模拟程序具有较高的计算精度，模拟得到的数据具有较高的可信度。因此，该模拟程序和模拟得到的优化参数可指导大直径单晶炉Cusp磁场的设计和制造。