单晶硅纳米磨削亚表面损伤形成机制及其抑制研究

硅晶圆纳米磨削过程中产生的亚表面损伤限制了其使用寿命，亟需研究纳米磨削过程中单晶硅的亚表面损伤形成机制和抑制方法。文章首先建立了单晶硅纳米磨削的分子动力学仿真模型，研究其亚表面损伤形成机制。随后研究了磨削参数对磨削过程中磨削力、磨削温度以及亚表面损伤形成的影响机制。最后提出了单晶硅纳米磨削的损伤抑制策略。结果表明：单晶硅纳米磨削过程中结构相变和非晶化是其主要亚表面损伤形成机制。原始的Si-Ⅰ相在挤压和剪切作用下形成了Si-Ⅱ相、Si-Ⅲ相、Si-Ⅳ相、bct5-Si相以及非晶。磨削深度增加导致了磨削力和磨削温度升高，而磨削速度的增加导致磨削力减小，磨削温度升高。磨削力增大是导致亚表面损伤严重的主要原因，而一定程度的高温有利于抑制单晶硅的亚表面损伤。在纳米磨削单晶硅时，可通过减小磨削深度和提升磨削速度来实现亚表面损伤的抑制。