高晶向精度的单晶硅定晶向放电切割进电特性及工艺研究

摘要

定晶向硅片具有特定方向的晶面，可以利用光的衍射来实现对原始光束的单色化，是中子散射谱仪、衍射谱仪等设备的核心部件。硅材料硬度高、脆性大，机械加工较为困难，切割定晶向硅片还要面临工艺复杂、成本高昂等问题。相比之下，电火花线切割方法利用火花放电产生的瞬时高温使被加工材料熔化或气化，是一种与材料硬度、脆性无关、宏观力很小的加工方式。单晶硅定晶向放电切割技术将电火花线切割技术与X射线衍射定向检测技术相结合，可以加工空间任意晶向的硅晶面。本文主要研究工作如下：
　　 (1)提出了单晶硅定晶向放电切割技术，选择合适的技术方案，设计定晶向切割工艺，并且设计专用夹具以及进电机构。
　　 (2)研究了进电端的接触电阻，基于进电端放电法提出一种新的进电方式，通过在硅表面电镀铜膜以及在铜膜表面放电的方法来减小接触电阻。分析了硅表面放电后重掺杂层的形成机理，以及影响最终接触电阻的几个因素(放电能量、铜膜的厚度以及放电通道的数量)。
　　 (3)研究了进电方式(进电端放电法与传统进电方法)对接触电阻伏安特性的影响；以及进电端的表面放电面积对接触电阻伏安特性的影响。实施工艺试验，研究不同进电方式对电火花线切割切割速度、表面质量以及切缝宽度的影响。分析了进电端放电法的优缺点。
　　 (4)建立表面形状缺陷模型(外凸腰鼓形、内凹腰鼓形以及波纹形)，分析电火花线切割加工的各种表面形状缺陷对于晶向精度的影响。理论计算精度损失，并与实际测算结果相比较。实施工艺试验，研究了电极丝张力、运丝速度对晶向精度的影响。完善定晶向放电切割工艺参数，切割大尺寸的高晶向精度的硅片(条)。