多晶硅定向凝固过程中通常伴随着外场作用，这些外场环境影响着多晶硅定向凝固中杂质的分布。外场环境主要通过对硅熔体流动产生影响，从而影响熔体中的杂质的分凝行为。常见的外场环境分别是氩气流动、真空环境和电磁场外场。

一、氩气流场的影响

多晶硅定向凝固过程中通常采用流动氩气保护，流动的气不但可以带走多晶硅中挥发性杂质，而且能够有效改善硅熔体中温度梯度分布，影响硅熔体的对流改善多晶硅定向凝固过程中的杂质分布。关于流动氙气对硅熔体及其杂质分布的影响的研究主要集中在数值模拟。

Liu 等利用计算机模拟了多晶硅定向凝固过程中流动氩气对定向凝固炉内部热场分布和硅熔体流动以及固液界面形貌的影响。结果表明，当气流量增大到一定值时，氩气流对凝固过程中硅熔体流动和热传递的影响显著增强，通过设定流动气流速可以有效地控制C和O的分布情况，设计设备结构达到最优的气流动方法可以更好地去除C和O。Bellmann模拟了多晶定向凝固过程中氩气流动对硅熔体的影响，设计了特定的氩气进入装置用于控制氩气流速，可以全方面改善 CO和 SiO 在氩气中的流动和传输，将硅熔体的C和O的化合物带走，控制C和O元素在铸锭中的分布，有效地去除铸锭中的C和O杂质，改善铸锭质量。

二、真空环境的影响

由图 1.12 杂质元素的蒸汽压曲线可知，硅熔体中各种杂质饱和蒸汽压随着温度的升高而增大，其中多晶硅中主要杂质 P、A1等饱和蒸汽压远大于 Si 的饱和蒸汽压，属于挥发性杂质。在真空环境下，硅熔体中的这些挥发性杂质可以大量地挥发，使得硅熔体中含量逐步降低。

Wei 等研究了在真空条件下去除 Al杂质，通过数学公式推导了多晶硅真空定向凝固过程中杂质分布的数学模型，该模型与实验结果高度吻合。研究表明，真空条件下1823K熔炼90min，Al杂质含量是427ppmw，去除效率高达61.9%。Jiang 等研究了高真空条件下定向凝固技术去除P杂质。结果表明，真空定向凝固技术可以将11.10 ppmw 的P杂质去除到 2.00 ppmw 左右。Luo 等研究了真空条件变化对非金属夹杂物的影响。结果表明，真空条件变化可以有效地控制多晶硅定向凝固过程中非金属夹杂物的分布。

三、电磁外场的影响

在电学性能材料晶体生长过程中通常会引入电磁场。Suzuki等第一次在硅晶体生长过程加入电磁场，降低了材料中0杂质的含量。常用的电磁场有交变电磁场和交流电磁场两种磁场。Chen 等在硅熔体中引入交流电磁场，得到了平直的固液界面。Li等在多晶硅定向凝固过程中引入交流磁场，探究交流磁场对杂质分凝行为的影响。结果表明，通过交流磁场的引入加速了硅溶液的搅拌，降低了杂质的扩散层厚度，有效提高了杂质去除效果。

Zhang 等将交变电磁场引入多晶硅定向凝固中。结果表明，电磁场可以有效地控制固液界面形貌，从而得到较大的柱状晶粒。Kiessling等将交变电磁场引入了铸锭的生产中。结果表明，C和 N杂质在铸锭中有较好的分凝效果,从而提高了铸锭的质量。Cablea 等通过实验和数值模拟验证了交变电磁场对固液界面和杂质分布的影响。结果表明，交变磁场可以在硅熔体中引入强对流，可以有效地提高杂质分凝效果。