硅单晶炉是利用直拉法制备集成电路用硅材料的重要设备，大（直径）尺寸微纳米集成电路用硅材料对硅单晶生长工艺以及控制方法提出了更加苛刻的要求。本项目依据硅晶体生长原理，通过建立三维模型，解决非对称热场空间任意点的温度、流场矢量及热应力变化的精确描述问题；探究晶体微观品质与宏观控制参数之间的关系，提出并实现基于协同序列响应面法的晶体生长过程工艺参数优化策略；研究复杂不确定环境中关键变量的精确检测与估计理论，为生长建模和工艺控制提供准确信息；依据经过优化的硅单晶生长的工艺，提出既可满足控制目标要求又能兼顾参数辨识精度的晶体生长对偶自适应控制方法，采用动态有限元方法构建硅单晶生长不同阶段数学模型集合，解决传统对偶控制中先验模型的设定问题，实现对硅单晶外形尺寸、微缺陷、杂质含量及分布等重要指标的有效控制。研究成果通过工程实验予以验证，获得高品质硅单晶生长的关键工艺和相应控制理论与方法。