本文通过建立多晶硅凝固生长过程中温度场-流场-应力场等多物理场耦合模型,研究了真空定向凝固过程中自然对流及由熔体表面张力引起的Marangoni效应对多晶硅生长的影响。模拟结果表明,Marangoni效应增强了硅熔体的流动和对流换热系数,因此对多晶硅的传热特性有显著影响。流速的增大使硅熔体的温度分布更加的均匀,径向温度梯度减小,从而导致了固液界面更加的平坦,有利于晶体柱状晶的长成。而随着硅晶体温度梯度的增大,硅锭中的热应力也随之增大。在下拉速率为10μm/s时,硅锭有着较好的质量,并通过XRD检测发现,在整个多晶硅真空定向凝固的过程中,晶体(111)面是占据绝对的生长优势。实验结果侧面的验证了数值模拟结果的可靠性。基于Marangoni效应,本文通过建立不同下拉速率(5 μm/s,10 μm/s,15 μm/s)多晶硅真空定向凝固过程中的传热-流动-应力多物理场耦合模型,研究了下拉速率对多晶硅硅锭质量的影响。模拟结果表明:Marangoni效应的存在会使熔体的流速增大,硅料的传热因此发生较大的转变;随着下拉速率的增大,硅料的轴向温度梯度与晶体间的热应力也随之增大;最为理想的固液界面的形状出现在10μm/s时。中试的实验结果也证实了 10μim/s时的硅锭晶体形貌最好,有着较大尺寸的柱状晶粒,侧面的验证了模拟结果的准确性。并在上述模型的基础上,研究了先快后慢(先20 μm/s后10 μm/s)工艺对多晶硅生长过程的传热特性影响,研究结果表明在先快后慢工艺下,虽然整个真空定向凝固的能耗得到有效降低,但是多晶硅铸锭内部的热应力远远增大,凝固前沿的固液界面形状并不能稳定保持平面型,因此不利于多晶硅铸锭质量的提高。