硅与人类文明

硅是自然界中分布最广的元素之一。硅及其化合物的优良性能被科学家发现以后,它们推动了人类社会的发展,产生了一些新兴的学科,促进了新材料的发展。有机硅和新型硅胶的广泛使用,使人造人体器官有了实质性的进展。由于新型陶瓷的不断发现,人类将重返“石器”时代。     

基于单磨粒微米划刻的单晶硅精密切削机理研究

为了探究硅片器件精密磨削加工的切削特征与机理,运用三棱锥形状的金刚石磨粒以不同加载压力划刻单晶硅材料表面模拟磨削加工过程,分析了划痕形貌特征、切削力与切削深度的演变规律,阐释了单晶硅的微米级切削加工机理。单晶硅微破碎去除发生的临界条件为法向切削力80 mN,临界切削深度2.03 μm;剥落去除发生的临界条件为法向切削力800 mN,切削深度5.65 μm。切削深度、切削力比在不同切削机理条件下具备可区分的差异化特征。平均切削深度随加载压力的变化规律呈现出鲜明的自相似性特征。此外,还分别构建了塑性去除、微破碎去除、剥落去除三个阶段的切削力方程,更准确地描述了切削力与切削深度的密切关系。     

在单晶硅中用相干光耦合方法压缩短脉冲和超短脉冲

提出一种新型的相干光耦合压缩短脉冲和超短脉冲的方法。以硅为非线性材料，经计算表明：在材料的破坏阈值之内，出射信号光脉冲的脉宽可被压缩到入射光脉宽的７０％。计算了泵浦能量密度，泵浦光与信号光夹角等与脉宽压缩量的关系。     

单晶硅表面贵金属晶粒层的制备

将预处理过的单晶硅p-Si(100)浸入含贵金属盐的HF溶液, 制备了Ag, Au, Pd和Pt的晶粒层. 用原子力显微镜(AFM)、开路电位(OCP)、循环伏安(CV)和交流阻抗(A. C. Impedance)方法对晶粒层性能进行了考察. 形貌显示, 在浸镀20 s后, Ag和Pd晶粒层基本上覆盖了硅基底, Ag颗粒致密, Pd颗粒之间仍有空隙且晶粒较Ag大. Au晶粒层部分覆盖了基底, 而Pt只有极少数的晶粒. 60 s后, Ag, Pd和Au晶粒层都完全覆盖了基底, 而Pt晶粒仍然较少, 但晶粒有所长大. 循环伏安显示, Pd的溶出峰电流比Ag, Au, Pt高1个数量级. 交流阻抗测量表明, Pd晶粒层阻抗最小. 结果表明, Ag, Pd和Au都能用浸入沉积的方法在单晶硅上短时间内制备出晶粒层, 而Pt不能, 选用哪种晶粒层, 需要根据后续工序和实际需要而定.     

硅表面复合自组装膜的制备及其摩擦性能

采用自组装技术在单晶硅表面制备了3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)-SiO2-APTES复合膜,并对其表面的组成、结构及摩擦性能进行了表征.结果表明:复合膜表面对水的接触角约为63°,且表面平整、致密,其平均粗糙度(Ra)约为0.963nm.通过原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)观察到夹层中SiO2颗粒的粒径约为20-50nm,较均匀地分布在第一层APTES膜的表面.与APTES自组装单层膜(SAMs)相比,APTES-SiO2-APTES复合膜由于纳米SiO2颗粒的引入而表现出更低的摩擦系数和更长的耐磨寿命.     

新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响

单晶硅表面微结构对晶体硅光电转换性能有非常重要的影响, 晶体硅表面微结构的调节技术一直是半导体、 太阳能电池领域研究的热点之一.利用碱液与单晶硅异向腐蚀特性的刻蚀技术, 在单晶硅表面可以获得布满金字塔的绒面, 但普通碱液刻蚀的绒面, 其金字塔大小、 形貌和分布随机性大, 不利于提高硅太阳电池的转换效率.在普通的碱腐蚀液中加入不同量的特种添加剂, 然后在相同的温度、 时间下刻蚀单晶硅表面, 通过观察样品表面SEM图, 发现在普通碱液中加入适量添加剂后刻蚀的单晶硅表面能形成均匀密集分布金字塔, 金字塔大小在2—4μupm 之间, 棱边圆滑, 表面金字塔覆盖率高; 用积分反射仪测量了样品的反射率曲线, 发现样品平均反射率下降到12.51%.实验结果表明, 在普通碱液中加入特种添加剂, 能控制单晶硅表面金字塔的大小和分布.     

氧化硅团簇切削单晶硅粗糙峰的分子动力学模拟研究

应用分子动力学模拟方法研究了氧化硅团簇在不同的切削 深度下切削单晶硅粗糙峰的过程, 考察了切削过程中粗糙峰和氧化硅团簇形态变化、团簇的受力状况、粗糙峰原子配位数和温度分布等. 模拟结果表明: 切削深度小于0.5 nm时, 被去除的材料以原子或者原子簇形式存在, 并黏附在颗粒表面被带走; 当切削深度增大至1 nm时, 材料的去除率增大, 并形成大的切屑. 在切削过程中, 由于压力和温度的升高, 粗糙峰切削区域的单晶硅转变为类似Si-Ⅱ相和Bct5-Si相的过渡结构, 在切削过程后的卸载阶段, 过渡结构由于压力和温度的下降转变为非晶态结构.     

新型无醇单晶硅制绒添加剂的研究

本文旨在针对单晶硅绒面制备传统工艺技术存在的种种缺陷,设计研制了一种无异丙醇等其他醇类存在下制备单晶硅绒面的腐蚀液。该方法使用复合添加剂,在90℃条件下对单晶硅经过10 min快速腐蚀,制备出在600～1000 nm波段内反射率在11%以下的理想绒面。与传统工艺相比,此体系具有反应速度快、不含易挥发有毒溶剂、产品的反射率低、金字塔分布均匀、重复性好等一系列优点。     

形形色色的太阳电池（2）——单晶硅太阳电池

单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99．999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。     

大尺寸硅镜超光滑表面加工的面型控制

使用机械-化学抛光法加工大尺寸单晶硅可获超光滑表面,但很难保证良好的面型.提出通过采用开圆孔并连续注入抛光剂的方法来避免抛光盘中心蜂窝眼的出现,可以保证得到良好的面型.最后实验达到较好的面型精度,PV值0.268λ,rns值0.065λ.