P型锗单晶作为空间太阳电池外延层的衬底片,对其电阻率均匀性的一致性有着极高的要求。在直拉法锗晶体生长中,固液界面即为结晶前沿的等电阻面、等杂质浓度面。因此固液界面的形状和晶体中径向电阻率均匀性直接相关,对晶体质量有重大影响。因此要提高外延层衬底片质量就是要控制晶体生长过程中的固液界面形状。晶体生长系统的热场分布和晶体生长工艺参数影响着固液界面的形状。本文结合数值模拟对影响固液界面形状的因素进行了研究,在TDR-Z80炉中进行的晶体界面实验、高电阻率均匀性单晶生长实验和数值模拟结果基本一致。同时对低位错锗单晶电阻率均匀性进行了表征与研究。优化工艺前的电阻率均匀性大于15%或更高。优化工艺后获得的相对平坦固液界面极大的提高了径向电阻率均匀性,并且可控制在5%以内。通过建立数值模拟模型,文中分析了锗单晶生长系统中加热器、保温层、坩埚位置、晶体转速、坩埚转速、拉晶速率、放肩角度等工艺参数对晶体生长固液界面的影响;据此设计开发了直拉法生长4英寸低位错锗单晶的双加热器热场系统;并对该热场进行了一系列的数值模拟研究。数值模拟研究结果表明,通过采用双加热器系统,改善加热器结构、复合保温层、合适埚位、优化工艺参数等能有效控制晶体生长过程中平坦的固液界面。数值模拟与实验对比研究表明,锗单晶晶体中的固液界面数值模拟结果与实验生长的低位错锗单晶固液界面实验研究结果一致:优化晶体生长条件后的双加热器热场系统拉制的4英寸低位错锗单晶,极大的提高了晶体的电阻率径向不均匀性,并且可控制在5%以内,制备了高质量满足技术要求的低位错锗晶体。