直拉硅单晶生长的现状与发展
连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术创新与应用
连续直拉单晶硅棒是光伏产业中非常重要的一环。
它是太阳能光伏电池的主要原料，并且在半导体电子器件的制造过程中也扮演着重要的角色。
目前，全球能源危机愈演愈烈，清洁能源行业风生水起，光伏产业正在迅速发展壮大。
而单晶硅棒的生产制造技术的创新与应用，将直接影响到光伏产业的发展速度和效率。
在这个背景下，连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术的创新与应用问题备受关注。
1. 前言单晶硅棒的生产制造过程中，连续直拉技术是一项非常重要的技术。
传统的单晶硅生产制造工艺中，采用的是坩埚法，这种方法生产出来的硅块需要通过切片后才能得到晶体硅片。
而连续直拉技术可以直接将硅棒拉制成所需要尺寸的硅片，大大提高了生产效率，减少了生产成本，符合了清洁能源产业的要求。
连续直拉单晶硅棒的生产制造关键技术创新与应用一直备受关注。
2. 原材料准备在连续直拉单晶硅棒的生产制造过程中，高纯度硅块是原材料的重要组成部分。
传统的高纯度硅块主要通过坩埚法生产，但是这种方法存在着很多的问题：生产周期长、生产成本高、能耗大等。
研发出一种新的高纯度硅块生产工艺技术至关重要。
目前，一种叫做气相混合法的技术得到了广泛的应用。
这种方法可以将硅气和氢气在适当的温度下进行反应，形成高纯度的硅单质并在载气中传输到下游设备中，大大加快了生产速度，降低了生产成本。
3. 晶体生长连续直拉单晶硅棒的生产制造过程中，晶体生长是非常关键的一步。
要生长出高质量、无缺陷的单晶硅棒，需要精密的控制晶体生长环境和生长速度。
传统的晶体生长方法主要是采用单晶炉来进行，但这种方法存在着生产周期长、生产效率低等问题。
目前，一种叫做悬浮区法的晶体生长技术正在逐渐成熟，这种方法可以不需要借助单晶炉设备，直接在气相中进行晶体生长，大大提高了生产效率，降低了生产成本。
4. 拉晶成型在晶体生长完毕后，需要将晶体拉制成所需的直径和长度，这是整个生产过程中比较关键的一步。
传统的方法是采用拉晶机进行拉制，但是这种方法存在着生产效率低、拉晶成型不均匀等问题。
单晶硅和多晶硅发展现状和趋势
二 单晶硅和多晶硅的现状
• 1 单晶硅的现状 • 单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。 在地壳中含量达25.8%的硅元素，为单晶硅的生产 提供了取之不尽的源泉。近年来，各种晶体材料， 特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相 关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支 柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的 先导产业。单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利 用的高科技资源，正引起越来越多的关注和重视。
• 单晶硅为灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。 沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝 酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时 易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显 变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温 熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料 作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料， 但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用 于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、 电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体 在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。 • 多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差 异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性 质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电 学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著， 甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极 小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别 须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
• 多晶硅产业发展预测 • 高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的 基础原料，在未来的50年里，还不可能有其他材 料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原 材料。 • 随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全 球对多晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。世 界多晶硅的产量2005年为28750吨，其中半导体 级为20250吨，太阳能级为8500吨。半导体级需 20250 8500 求量约为19000吨，略有过剩；太阳能级的需求 量为15600吨，供不应求。近年来，全球太阳能 电池产量快速增加，直接拉动了多晶硅需求的迅 猛增长。全球多晶硅由供过于求转向供不应求。 受此影响，作为太阳能电池主要原料的多晶硅价 格快速上涨。
直拉硅单晶生长工艺流程与原理
隔离阀室 （翻板阀 室）
炉盖
主炉室 控制柜 坩埚提升 旋转机构
单晶炉的主要组成部分
1、炉体（基座、炉室、炉盖、液压系统） 2、晶体升降及旋转机构 3、坩埚升降及旋转机构 4、氩气和真空系统 5、加热系统（加热电源、热场） 6、冷却系统 7、控制系统
炉体
炉体（炉体由基座、炉室、炉盖及液压系统组成） 1、基座配合水平调整和防震设施为晶体提供良好的生长环境； 2、主炉室是晶棒生长的地方；副炉室是晶棒冷却的地方； 3、通过炉盖观察窗（主视窗、CCD窗）监控晶体生长全过程； 4、液压系统控制炉室打开与复位。 炉体调试重点： 1、炉子达到密闭性要求、极限真空和漏率合格； 2、调整调平垫块使炉底板达到水平度要求； 3、拧紧地脚螺栓； 4、液压系统运行平稳，限位调整，定位销检查。
单晶炉底座及地基和震源的隔离
外界震源包含： 1、真空泵运行振动 （措施：真空泵下用弹簧座主动隔震真空泵远离炉子）
2、基础所处土壤表层振动
（措施：基础四周挖减震槽隔离） 3、基础所处土壤深层振动 （措施：1、混凝土基础座在实土层2、混凝土基础不宜过高）
二、直拉单晶炉的基本结构
晶体提升 旋转机构 副炉室
免挂边、气泡、搭桥等。。
需要考量的因素： 1、装料一般原则；
2、掺杂剂类型及掺杂方法。
抽空——检漏——调压
1、将单晶炉密闭后抽真空，并使用氩气冲洗2-3次，
最后抽极限真空，关闭所有阀门检测炉压上升速度，
判断炉子泄漏率。一般冷炉泄漏率小于3帕/10分钟，
热炉泄漏率小于1-3帕/10钟认为合格。
2、炉子泄漏率合格之后开启真空阀和氩气阀，设定氩
1、静态热场 熔硅后引晶时的温度分布，由加热器、保温系统、坩埚位置等因素决定 。 2、动态热场
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强，可再生能源的开发和利用已经成为当今世界的重要议题。
其中，太阳能作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备，其性能与材料的选择密切相关。
硅材料因其优异的半导体性能、丰富的储量以及相对成熟的生产工艺，成为了太阳能电池的主流材料。
本文旨在探讨硅材料在太阳能电池领域的研究现状，分析其在不同应用场景下的性能特点，并展望其未来的发展趋势。
本文将对硅材料的基本性质进行介绍，包括其晶体结构、电子特性以及光学性质等，为后续的研究提供理论基础。
我们将详细分析当前硅材料在太阳能电池中的应用现状，包括不同类型的硅太阳能电池（如单晶硅、多晶硅、非晶硅等）的优缺点、制造工艺以及光电转换效率等方面的内容。
我们还将探讨硅材料在柔性太阳能电池、异质结太阳能电池等新型电池技术中的应用前景。
在此基础上，本文将深入探讨硅材料研究的最新进展，包括纳米硅材料、硅基复合材料以及表面改性技术等新型硅材料的开发与应用。
这些新技术和新材料的出现，为硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供了新的可能性。
我们将对硅材料在太阳能电池领域的发展趋势进行展望，探讨未来硅材料研究的方向和重点，以期为推动太阳能电池的持续发展和广泛应用提供参考。
二、硅材料的性质及其在太阳能电池中的应用硅是一种半导体材料，具有独特的电子结构，使其成为太阳能电池的理想选择。
硅的禁带宽度适中（约为1电子伏特），可以吸收可见光及近红外光区的太阳光，使其具有较高的光电转换效率。
硅材料还具有丰富的储量、良好的稳定性和相对较低的成本，这些因素使得硅成为商业化太阳能电池中最广泛使用的材料。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。
单晶硅具有最高的光电转换效率，但成本也相对较高；多晶硅成本较低，效率略低于单晶硅；非晶硅则以其低廉的成本和易于大规模生产的特性而受到关注，但其光电转换效率相对较低。
硅的直拉法单晶生长
直拉法是运用熔体的冷凝结晶驱动原理， 在固液界面处，藉由熔体温度下降，将 产生由液态转换成固态的相变化。当前 国际上供应单晶硅生长设备的主要著名 厂商是美国KAYEX公司和德国CGS公司。 这两个公司能供应生长不同直径的单晶 硅生长设备，尤其是生长直径大于 200ram的单晶硅生长设备系统。
为了生长质量合格(硅单晶电阻率、氧含量及氧浓度分 布、碳含量、金属杂质含量、缺陷等)的单晶硅棒，在 采用直拉法生长时，必须考虑以下问题。首先是根据技 术要求，选择使用合适的单晶生长设备；其次是要掌握 一整套单晶硅的制备工艺、技术，包括： (1)单晶硅系 统内的热场设计，确保晶体生长有合理稳定的温度梯度； (2)单晶硅生长系统内的氩气气体系统设计； (3)单晶
• 直拉法的基本过程:
• 1. 引晶：通过电阻加热，将装在坩埚中的 多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度， 将籽晶浸入熔体，然后以石英一定速度向上 提拉籽晶并同时旋转引出晶体； 2. 缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的 晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中； 3. 放肩：将晶体控制到所需直径； 4 等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制 晶体等径生长到所需长度； 5. 收尾：直径逐渐缩小，离开熔体； 6. 降温：降级温度，取出晶体，待后续加 工。
孔；
5一放肩；6一缩颈； 7一图像传感
器；
8一卷轴旋转系统； 9一提拉
绳； 10一至真空泵； 11一光学系统； 12一石
英坩埚； 13一石墨托； 14一石墨加热器；
15一保温罩
熔体的流动 在Cz晶体生长过程中，熔体流动状态
非常复杂，由于熔体不透明，难以直接观察；因
此，常常用数字模拟，实验模拟，以及用x光照射
硅的直拉法单晶生长
了解单晶硅
硅单晶材料发展动态_邓志杰
≥400
注 :OSF 氧化层错 , DRAM 动态随机存取存储器 , MPU 微处理器
收稿日期 :2000-05-11;邓志杰 , 男 , 1940 年生 , 教授级高级工程师 ;联系地址 :北京新街口外大街 2 号
37 0 稀 有 金 属 24 卷
器件的特征尺寸为 10μm ;1998 年集成度已达 64 ～
256 M DRAM 的水平 , 器件的特征尺寸缩小到 0.25
～ 0.18 μm , 进入了深亚微米和亚四分之一微米级集 成电路时代[ 2] 。 在集成度不断提高的同时 , 要降低
器件制造成本 、提高成品率 , 除增大晶体直径外 , 对
艺 ;重点是尽可能减少 COP 。 有两项技术可以达到 这一目的 ;其一是 , “实际上完美的硅”(VPS-Virtuall Perfect Silicon)工艺 , 即要求实现下 述条件 :v/Gs CCrit 0 , CV =CV eq , C1 =CIeq(CVeq , C Ieq分别为 V , I
MEMC 公司最近开发成功一种新的晶片加工技 术 —MDZ(Magic Denuded Zone)技术 , 使用带有 MDZ 的抛光片 , 可在器件加工过程中发挥更可靠的内吸 杂作用 ,MDZ 还可改善晶片中 V 的分布 , 并节省一 些高成本器件的加工步骤[ 12] 。
3 关于大直径化
随着 IC 集成度不断提高 , 芯片面积增大 ;为降 低成本 , 继 续增大晶体直径 仍是大势所趋 。 目前 , 200 mm 硅 片已成为主流产品 ;1999 年 全球用量占 47 %(150 , 125 和 100 mm 硅片分别为 32 %, 15 % 和 6 %)[ 13] 。 2014 年将开始使用 450 mm 晶片[ 4] 。 据报 道 , 今后 10 年内 , 全世界将陆续建成几十条 300 mm 器件生 产线 , 主要在美国 , 台湾省 , 日 本 , 欧洲等地 区 ;仅台湾省就有 20 条 , 1997 年 300 mm 硅片仅用 10 万片 , 2002 年可达 550 万片 ;这期间年均增长率 为 122.9 %[ 14] 。屠 海令[ 2] 和 Ammon 等[ 15] 指出 , ≥ 300 mm 硅单晶生长面临 4 个主要问题 :流体动力学 更为复杂 , 热应力问题更加突出 ;传统的细颈不能支 撑 300 kg 以上的硅棒 ;点缺陷的 影响加剧 , OSF 等 缺陷更难以控制 ;拉晶试验成本大大增加 。认为 , 加 强计算机模拟 , 采用勾形磁场的 MCZ 生长及联合开 展试验研究将有助于解决这些问题 。
直拉单晶炉总结
直拉单晶炉总结概述直拉单晶炉是一种用于生产高纯度单晶材料的设备。
它采用了先进的加热和冷却技术，能够实现高质量的单晶生长。
本文将对直拉单晶炉进行总结，包括工作原理、设备特点、应用领域以及未来发展趋势等方面进行介绍。
工作原理直拉单晶炉的工作原理基于熔融单晶生长技术。
其基本过程包括：先将材料的原料加入炉膛，然后通过加热使之熔化。
接下来，通过适当的处理将熔融材料降温并形成单晶种子。
最后，利用拉扩力将单晶晶体从熔融材料中拉出并使之加长。
直拉单晶炉的关键组件包括加热系统、冷却系统和拉升系统。
加热系统采用了高温电阻加热器，可以通过控制加热功率和加热位置来控制炉内温度。
冷却系统则通过导热和传导技术来控制炉内温度梯度，从而实现单晶的生长。
拉升系统则通过调整拉升速度来控制晶体生长速度。
设备特点直拉单晶炉具有以下几个特点：1.高纯度：直拉单晶炉可以在无氧或低氧环境下进行单晶生长，从而获得高纯度的单晶材料。
这种高纯度的材料在电子器件制造、光学器件制造和半导体工业等领域中应用广泛。
2.高生产率：直拉单晶炉具有较高的生长速度和较大的生长尺寸范围，可以满足大规模单晶生产的需求。
这在提高产能和降低成本方面具有重要意义。
3.稳定性强：直拉单晶炉采用了先进的温度和压力控制技术，能够实现稳定的生长过程。
这方面的优势使得直拉单晶炉在高温条件下依然能够保持较好的工作效率和稳定性。
4.自动化程度高：直拉单晶炉采用了先进的自动化控制系统，可以实现全自动控制和监测。
这方面的优势使得操作人员可以更加方便地对设备进行操作和维护。
应用领域直拉单晶炉在许多领域中具有重要的应用价值，主要包括以下几个方面：1.半导体制造：直拉单晶炉可以用于生产硅、镓、锗等半导体材料的单晶。
这些单晶材料被广泛应用于集成电路、太阳能电池和光电器件等领域。
2.光学器件制造：直拉单晶炉可以用于生产包括激光晶体、光纤晶体、液晶基板和光学透镜等光学器件的单晶材料。
这些材料在激光技术、光通信和成像技术等领域中具有重要应用。
2023年单晶硅行业市场发展现状
2023年单晶硅行业市场发展现状单晶硅是一种高纯度的硅材料。
由于其出色的电学性能、热学性能和机械性能等特性，被广泛应用于半导体、太阳能电池、LED、光纤、光电器件等众多领域，是现代信息技术和可再生能源的重要基础材料之一。
在当前大力发展数字经济、推进绿色能源转型等政策的推动下，单晶硅行业迎来新的发展机遇，市场需求稳步增长，行业市场发展现状也日益明朗。
一、全球单晶硅市场需求旺盛半导体、太阳能电池、LED、光纤、光电器件等领域的飞速发展，使得单晶硅的市场需求呈现稳步上升的趋势。
目前，全球单晶硅市场需求约为18万吨/年，预计到2025年市场规模将达到30万吨/年以上。
其中，半导体行业市场需求占比较大，约占总需求的65%左右，太阳能电池和LED等市场需求也占据相当比重。
二、我国单晶硅产业持续发展我国单晶硅产业近年来持续发展，成为全球单晶硅生产和消费的重要国家之一。
据统计，2019年我国单晶硅产量达到10.2万吨，全球占比约为25%。
同时，中国单晶硅生产企业不断增加，竞争格局逐渐明朗。
行业标杆企业贝特瑞、晶晶科技、龙头企业中芯国际等已经成为世界一流的单晶硅制造商。
预计未来我国将会进一步加强对单晶硅的投资建设，促进单晶硅产业的稳步发展。
三、技术创新与成本控制成关键单晶硅的制备工艺复杂，生产成本较高，是制约单晶硅产业发展的重要因素之一。
技术创新和成本控制成为单晶硅企业迫切面对的挑战。
目前，国内外单晶硅企业正在加强关键技术研发，努力提升单晶硅生产效率和质量，压缩生产成本。
同时，企业之间的竞争将会进一步激烈，市场格局将逐渐形成，规模化和集中化程度也将不断提升。
四、太阳能电池市场推动单晶硅需求增长太阳能电池作为单晶硅产业的重要应用领域之一，近年来市场需求快速上升。
数据显示，全球太阳能电池市场规模从2014年的100GW逐步增长到2020年预计的150GW以上。
目前，在核心单晶硅材料应用领域，针对太阳能电池制造的单晶硅的需求增幅较大，未来市场需求将继续保持快速增长，将成为单晶硅市场的主要增长动力。
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直拉硅单晶生长的现状与发展摘要：综述了制造集成电路（IC）用直拉硅单晶生长的现状与发展。
对大直径生长用磁场拉晶技术，硅片中缺陷的控制与利用（缺陷工程），大直径硅中新型原生空位型缺陷，硅外延片与SOI片，太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟，硅熔体与物性研究等进行了论述。
关键词：直拉硅单晶；扩散控制；等效微重力；空洞型缺陷；光电子转换效率；硅熔体结构前言20世纪中叶晶体管、集成电路（IC）、半导体激光器的问世，导致了电子技术、光电子技术的革命，产生了半导体微电子学和半导体光电子学，使得计算机、通讯技术等发生了根本改变，有力地推动了当代信息（IT）产业的发展．应该强调的是这些重大变革都是以半导体硅材料的技术突破为基础的。
2003年全世界多晶硅的消耗，达到了19 000 t，但作为一种功能材料，其性能应该是各向异性的．因此半导体硅大都应该制备成硅单晶，并加工成硅抛光片，方可制造I C 器件。
半导体硅片质量的提高，主要是瞄准集成电路制造的需要而进行的。
1956年美国仙童公司的“CordonMoore”提出，IC芯片上晶体管的数目每隔18~24个月就要增加一倍，称作“摩尔”定律。
30多年来事实证明，IC芯片特征尺寸（光刻线宽）不断缩小，微电子技术一直遵循“摩尔定律”发展。
目前，0.25 μm、0.18μm线宽已进入产业化生产。
这就意味着IC的集成度已达到108~109量级，可用于制造256MB的DRAM和速度达到1 000MHE的微处理芯片。
目前正在研究开发0.12 μm到0.04μm的MOS器件，预计到2030年，将达到0.035μm 水平。
微电子芯片技术将从目前器件级，发展到系统级，将一个系统功能集成在单个芯片上，实现片上系统（SOC）。
这样对半导体硅片的高纯度、高完整性、高均匀性以及硅片加工几何尺寸的精度、抛光片的颗粒数和金属杂质的沾污等，提出了愈来愈高的要求。
在IC芯片特征尺寸不断缩小的同时，芯片的几何尺寸却是增加的。
为了减少周边损失以降低成本，硅片应向大直径发展。
在人工晶体生长中，目前硅单晶尺寸最大。
当代直拉硅单晶正在向着高纯度、高完整性、高均匀性（三高）和大直径（一大）发展。
磁场直拉硅技术硅单晶向大直径发展，投料量急剧增加。
生长φ6″、φ8″、φ12″、φ16″硅单晶，相应的投料量应为60 kg、150 kg、300 kg、500 kg。
大熔体严重的热对流，不但影响晶体质量，甚至会破坏单晶生长。
热对流驱动力的大小，可用无量纲Raylieh数表征：R=gβb3ΔT/kν（1）其中，β为熔体体膨胀系数，g为重力加速度，ΔT为熔体自有表面的纵向温度差，b为熔体特征尺寸（熔体高度），ν为熔体动力粘滞系数，k为熔体热扩散系数。
从式（1）可以看出，R与b3成正比，与ν成反比。
抑制熔体热对流，现有两条技术途径：1）在太空微重力环境下生长单晶体．此时g→0（低轨道卫星g→g0×10-4；高轨道卫星g→g0×10-5~g0×10-6），R→0，熔体无宏观热对流晶体生长过程中熔体质量的输运，主要依赖扩散（扩散控制机制）此时晶体完整性、均匀性可得到极大改善．这一点已在太空晶体生长中得到证实太空生长单晶是不可能产业化的（每发射一公斤有效载荷，要耗费3~5万美元）．因此只能用于基础研究，验证有关晶体生长理论。
2）向熔体空间引入磁感应强度．众所周知，导电熔体在磁场中运动（对流），要受到罗仑兹力（Lorentz force）的阻滞。
该阻滞的效果，可以理解为增加了熔体的有效粘滞性（磁动力粘滞性）。
磁动力粘滞系数可表示为νeff=(μBb)2σ/ρ（2）其中，μ为熔体磁导率（μ=1），B为引入磁感应强度，σ为熔体电导率，ρ为熔体密度。
R与g成正比，R与νeff成反比。
因此，增加νeff值，与降低g 是等效的。
上述两条途径，在直拉生长条件下，存在着物理本质上的联系．太空微重力下生长单晶，熔体中质量输运为“扩散唯一机制”。
磁场下生长单晶，当引入磁感应强度达到某一临界值时，一切宏观对流均因受到Lorentz力的作用而被抑制。
此时熔体的质量输运，同样是“扩散唯一机制”。
从而可以把后者称之为“等效微重力生长”。
把磁场下的晶体生长和等效微重力晶体生长联系起来，这是对磁场拉晶理解的深入和发展。
剩下的问题是如何把引入磁感应强度的大小与等效微重力生长的量级联系起来。
由于νeff的增加等效于重力g的下降，从加磁场对应磁动力粘滞系数νeff和未加磁场对应熔体动力粘滞系数出发，进而导出了g=g0ν0/νeff的表达式。
其中，g为引入磁感应强度B所对应的等效微重力量级，g0为标准重力加速度。
把半导体硅熔体有关的物性参数代入上式，可以得到在石英坩埚边缘处引入磁感应强度达到 1 500高斯时，所对应的等效微重力等级为3×10-3 g0~1×10-3 g0，这接近于一般低轨道卫生所处的微重力等级。
并且晶体生长过程，可以看到明显的微重力生长效应。
磁场拉晶有一段较长的发展历史，1966年第一次把磁场引入水平生长InSb 晶体，减少了热对流和界面温度波动，起到了抑制生长条纹作用，1970年，Witt 用磁场法生长InSb晶体，未达到预期效果。
20世纪70年代有人断言，直拉法引入磁场拉晶存在困难。
但随着硅单晶大直径化和直拉硅控氧的要求，日本索尼公司星金治等人于1980年联合发表的“优质硅单晶的新制法”就是用磁场直拉法制备的硅单晶。
1981年，第四届国际半导体会议又公布了以上成果，从此磁场直拉硅单晶在国际上活跃起来。
目前制备φ8″硅单晶都必须施加磁场。
引入磁场的磁力线分布有纵向、横向和Cusp等3种。
从控制硅单晶氧浓度考虑，应以Cusp磁场为最佳。
磁体有电磁体、低温超导磁体和永磁磁体。
前两者都有复杂的装置，并消耗较大的电力和冷却水（增加一倍的水电消耗）永磁体不消耗任何水电，有诱人的应用前景。
在采用永磁Cusp磁场条件下，大直径硅单晶的等效微重力生长，不但抑制了大熔体强烈的热对流，而且通过控制马兰哥尼对流（Marangoni Convection），使得直拉硅中氧含量，可达到ppm级可控；晶体电阻率的纵向、径向均匀性和微区均匀性都得到改善，为晶体生长理论及工艺的研究，提供了一条技术途径。
目前投料量超过100 kg，生长φ8″硅单晶的单晶炉，都必须有向硅熔体所在空间引入磁感应强度的附属设备。
硅片缺陷的控制与利用（硅片缺陷工程）硅片高完整性，主要指硅片中缺陷的消除。
70年代追求完整晶体，提出“消除缺陷”的研究目标。
有位错单晶，通过Dash在拉晶引晶时的缩颈技术和调整热场，可制备出无位错单晶。
但在无位错硅单晶中，却发现了大量微缺陷，其尺寸在微米量级。
对CMOS电路这类表面器件而言，表面微缺陷的危害，甚至比位错还要致命。
进一步的研究发现，硅片中这类微观缺陷与硅中氧及其沉淀行为有密切的联系。
氧在硅片中溶解度，高温时可达到2×1018cm-3。
但随着温度下降，存在于硅片中的过饱和间隙氧，要逐渐从硅晶体中析出。
当这类沉淀物长大到一定尺寸，还会诱生众多的缺陷，如层错间隙型小位位错线等。
这些就是硅片微缺陷的主要组成部分。
70年代中期，人们在研究中发现，并不是存在于硅片中的微缺陷都是有害的。
存在于硅片表面的微缺陷有害，它对微米、亚微米级浅结器件的电参数与成品率是致命的。
而存在于硅片近表面和体内的缺陷（不在器件的有源区），不但无害，而且有利于提高器件成品率与电参数。
因为缺陷所产生的应力场，能够吸除器件有源区沾污的重金属杂质与原生缺陷，以保证有源区（结区）的洁净这样便发展了一种内吸除（氧的本征吸除）技术，以提高IC的成品率与电参数。
对硅片中缺陷的态度，也由过去的“消除缺陷”转变为“控制缺陷、利用缺陷”。
追求硅片完整性的这一转变，是硅材料科技工作者对缺陷在认识上的一个飞跃！并且促使了“缺陷工程学”的诞生与发展。
对直拉硅片而言，控制、利用缺陷的关键是要实现硅片中过饱和间隙氧的可控沉淀，使得硅中氧能够按要求“定量沉淀”、“定域分布”和“定型转化”。
实现这一目标的手段，就是在器件工艺前对硅片实施预热处理。
通过高、低温退火，使硅片正表面氧外扩散，形成低氧清洁区，而在体内则促使氧的大量沉淀，并诱生层错、位错回线等缺陷，形成体内吸除源。
硅片预热处理的效果，受硅片过饱和间隙氧含量、受热历史以及热处理工艺的制约。
如果希望得到归一化的热处理工艺，则硅中氧含量应该接近，硅片受热历史也应该归一化。
热历史很难做到归一化，即使同一颗硅单晶的头、中、尾，就具有明显不同的受热历史。
另外，硅片预热处理不但增加了热工序，而且还可能导致硅片沾污和产生翘曲。
因此总是希望把预热处理工序，合并到硅片IC制造工艺的热工序中去完成。
这样毕其功于一役，不但节省了热工序，而且避免了常规预热处理所带来的副作用．做到这一点的关键，应该消除硅片热历史对热处理效果的影响，或者说使硅片受热历史对内吸除效应的影响，降到极其次要地位。
为了达到这一目的，我们只得借助外来干扰，来消除硅片热历史的副作用，实现硅片中氧的可控沉淀。
目前采用的办法有：1）通过辐照（中子辐照、电子辐照）引入辐照缺陷；2）引入杂质，其中包括在硅中掺入微量锗、氮等；3）在氮气氛中硅片快速退火，引入大量空位。
上述办法，都取得了明显的效果。
由于内吸除具有吸除能力大，有效作用距离短，可与器件热工序相结合等优点，而且随着IC集成度的不断提高，芯片厚度也在增加，采用外吸除，往往是鞭长莫及，效果较差。
所以对于硅片内吸除技术的原理和工艺研究，当前还是重点和热点。
大直径硅片中的空位型（Void）缺陷在大直径直拉硅单晶中（≥φ6″），最近发现了3种空洞型原生微缺陷。
依据其被检测出来的手段，分别命名为：晶体原生颗粒缺陷COPs（Crystal OriginatedDefects），激光散射缺陷LSTDs（LaserScatternDefects）和流动图形缺陷FPDs（Flow Pattern Defects）。
该3种缺陷的尺寸，在0.1~0.3 m范围内，接近超大规模集成电路的设计线宽，这类原生缺陷严重影响亚微米级DRAM栅极氧化物的完整性。
目前ULSI栅极氧化物的厚度，已小到10 nm量级。
如此薄的氧化层，要求承受很高的电场强度，完整性就成为关键。
因此，保持这个被称作晶体管“心脏”的栅极氧化物的完整性，已成为提高ULSI成品率、电参数的关键。
目前，对这3类缺陷的本质、形成机理及控制技术的研究已成为国内、外硅材料界的新研究热点。
COPs缺陷是在1号液（SC1）(NH4OH：H2O2：H2O=1：1：5)腐蚀后，由激光颗粒计数器观察到的；LSTDs是由红外激光散射断层谱仪（LST）观察到的；FPDs是在Secco择优腐蚀液腐蚀后用光学显微镜观察到的。