直拉硅单晶是重要的半导体材料,广泛应用于集成电路和太阳能光伏电池的制造。热场是直拉硅单晶生长技术的核心,对产品的质量、产量和成本产生重要的影响。因此合理的设计热场是硅单晶生产企业增强其市场竞争力的重要方法。本文基于公司开发的CZ-95型单晶炉,在介绍晶体生长相关理论的基础上,以提高晶体生长速度和降低加热电能消耗为目标,设计出了适用于生长Φ200mm直拉硅单晶的热场。确定部件组成、设计顺序、排气路线和材质等热场的整体设计,以石英坩埚的尺寸为基准设计坩埚支撑、加热器和侧保温等部件。使用专业热场模拟软件对热屏和底保温设计进行数值模拟,得到了固液界面温度梯度、加热功率和热场温度分布,分析了热屏内表面形状和反射板对晶体生长速度及加热电能消耗产生的影响,并进行晶体生长实验验证。模拟和实验结果表明,倾斜垂直的热屏设计增强了晶体表面的热辐射效果,晶体生长速度增幅达到12mm/h,并将热应力的增加控制在位错产生的临界值以内;增加反射板的底保温减小了加热电能消耗13.8kW,降低了硅单晶的生产成本,同时还略微提高了晶体生长速度。晶体生长实验成功生长出Φ200mm直拉硅单晶棒,晶体等径平均生长速度为60mm/h,等径平均加热功率为46kW,达到了热场的设计目标,满足了客户的实际生产需要。