刘冰等：单晶硅脆塑转变临界厚度的原位实验 ·347· b 胞性离 脆性凹坑 单品硅样品 微裂纹 刀其边缘 图7单晶硅脆性切削材料去除过程.(a)产生脆性剥离：(b)出现脆性凹坑：(c)刀具继续进给：()形成微裂纹 Fig.7 Material removal process of single-erystal silicon in brittle mode:(a)brittle peeling occurred:(b)brittle pit appeared:(e)cutting tool con- tinued to feed;(d)microcrack formed (国) FIB 电子束A就积层 电子束PM 沉积层 已加工 已切削表面 材料 抛光区 单晶硅样品 200nm 图8单品硅脆性去除区的藏面分析.()聚焦离子束抛光示意图：(b)脆性去除表面 Fig.8 Cross section analysis of brittle-cut region of single-erystal silicon:(a)schematic of FIB polishing:(b)brittle-cut surface 的高精度控制，结合扫描电子显微镜对已加工表面 的高分辨率表征，研究晶体取向对单晶硅脆塑转变 临界厚度的影响.刀具刃口半径为60nm,切削厚度 从20m开始，每次增加5nm.发现随着切削厚度 逐渐增加，材料去除模式由纯塑性模式转变为塑性 脆性模式并存，最终到纯脆性模式去除.图10为一 组沿(110)晶面11]晶向切削的己加工表面形貌 图，揭示了这一过程. 表1所示为沿单晶硅不同晶向的切削实验结 图9单品硅脆性切屑形貌 果，3次实验结果取平均值.可以得出，在单晶硅 Fig.9 SEM morphology of single-rystal silicon brittle chips (111)晶面上的脆塑转变厚度比(110)晶面上大，说 得不同晶向的脆塑转变临界厚度.通过对切削厚度 明在(111)晶面上提高了单晶硅塑性切削的可能.刘 冰等: 单晶硅脆塑转变临界厚度的原位实验 图 7 单晶硅脆性切削材料去除过程． ( a) 产生脆性剥离; ( b) 出现脆性凹坑; ( c) 刀具继续进给; ( d) 形成微裂纹 Fig． 7 Material removal process of single-crystal silicon in brittle mode: ( a) brittle peeling occurred; ( b) brittle pit appeared; ( c) cutting tool con￾tinued to feed; ( d) microcrack formed 图 8 单晶硅脆性去除区的截面分析． ( a) 聚焦离子束抛光示意图; ( b) 脆性去除表面 Fig． 8 Cross section analysis of brittle-cut region of single-crystal silicon: ( a) schematic of FIB polishing; ( b) brittle-cut surface 图 9 单晶硅脆性切屑形貌 Fig． 9 SEM morphology of single-crystal silicon brittle chips 得不同晶向的脆塑转变临界厚度． 通过对切削厚度 的高精度控制，结合扫描电子显微镜对已加工表面 的高分辨率表征，研究晶体取向对单晶硅脆塑转变 临界厚度的影响． 刀具刃口半径为 60 nm，切削厚度 从 20 nm 开始，每次增加 5 nm． 发现随着切削厚度 逐渐增加，材料去除模式由纯塑性模式转变为塑性 脆性模式并存，最终到纯脆性模式去除． 图 10 为一 组沿( 110) 晶面［111］晶向切削的已加工表面形貌 图，揭示了这一过程． 表 1 所示为沿单晶硅不同晶向的切削实验结 果，3 次实验结果取平均值． 可以得出，在单晶硅 ( 111) 晶面上的脆塑转变厚度比( 110) 晶面上大，说 明在( 111) 晶面上提高了单晶硅塑性切削的可能． · 743 ·