硅晶体放电加工电阻特性及穿孔工艺基础研究

摘要

半导体材料因其独特的物理、电学性能,已成为尖端科学技术中应用最为活跃的先进材料,特别是在航空航天、光学及电子领域中具有十分重要的作用。其中,以晶体硅和晶体锗的应用最为广泛。大多数半导体材料都属于硬脆材料,加工过程中易断裂,导致加工性能极差,传统的加工方法已不能满足其加工工艺要求,如何解决其高效精密加工(如切割、穿孔、成形等)已成为国内外研究的热点难题。本课题采用电火花加工技术对半导体硅进行了放电加工研究,根据半导体材料特有的物理性质和电特性,研究了半导体P型硅材料放电加工过程中的极间电阻特性和单向导通特性,探讨提高其放电加工能力的方法。并在此基础上,通过建立半导体硅电火花穿孔放电加工模型,利用数控电火花穿孔加工实验平台对P型硅进行了电火花穿孔工艺试验。
　　 本文的主要工作:
　　 1、从进电方式方面对半导体硅放电过程中的极间电阻进行了理论和试验研究,分析了极间电阻特性对放电加工的影响,利用试验分别从点、线、面三种进电方式进行了研究,发现面进电是进电效果最好的进电方式,为了改善加工条件,合理的选择了放电加工的进电方式。认识到改善进电方式(例如增大进电有效接触面积)可以减小极间电阻,提高放电电流。
　　 2、通过分析半导体与进电金属材料接触形成的肖特基接触势垒,建立了半导体P型硅的放电穿孔加工原理模型和DR等效电路原理图,从放电通道、进电端接触、放电端接触、体电阻四个模型进行了详细阐述。
　　 3、讨论了PN结和肖特基结的单向导通特性,利用试验研究了半导体硅在放电加工中体现出来的单向导通特性,合理的选择了其放电加工极性。发现正极性加工方式可以提高P型硅的放电加工电流,为提高其放电加工能力奠定了基础。
　　 4、设计了数控电火花穿孔加工实验平台和一套简易实用的穿孔装置,合理的选择了P型硅定位、夹紧、进电方式、加工极性及工作液循环系统,对半导体硅进行了电火花穿孔加工工艺试验,研究了不同工艺参数对穿孔速度和电极损耗的影响规律,随后进行了小孔加工精度和放电加工电流波形研究,为研究其它半导体材料的放电加工和探讨半导体放电加工机理奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

图、表清单

第一章 绪论

1.1 半导体硅材料的应用

1.2 半导体材料硬脆特性和常用加工方法

1.2.1 超精密切削

1.2.2 超精密磨削

1.2.3 超精密研磨

1.2.4 抛光加工

1.2.5 超精密特种加工

1.3 小孔加工技术

1.4 本课题的研究意义和研究内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

第二章 半导体硅放电加工极间电阻探讨

2.1 放电极间电阻定义

2.2 体电阻定义

2.2.1 点.面接触体电阻计算

2.3 接触电阻定义

2.4 放电回路极间电阻的理论模型及基础研究

2.4.1 回路极间电阻理论模型

2.4.2 试验方法

2.4.3 放电实验验证

2.5 小结

第三章 半导体硅放电穿孔加工模型和单向导通特性研究

3.1 金属/半导体接触和肖特基势垒

3.2 硅的放电穿孔加工模型

3.3 硅的单向导通特性研究

3.3.1 半导体PN结的单向导通性

3.3.2 肖特基结的单向导通性

3.3.3 单向导通特性试验部分

3.4 小结

第四章 半导体硅电火花穿孔工艺试验研究

4.1 硅电火花穿孔加工脉冲电源设计

4.2 硅电火花穿孔实验平台和穿孔装置设计

4.3 硅电火花穿孔加工工艺特点

4.3.1 工作液的选取

4.3.2 电极材料的选取

4.3.3 工作液喷液方式

4.3.4 导向孔的采用

4.4 硅电火花穿孔加工工艺试验研究

4.4.1 试验选用的各种材料及仪器

4.4.2 试验原理及装置图

4.4.3 试验内容及结果讨论

4.5 小结

第五章 总结和展望

5.1 论文完成的主要工作

5.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文