单晶硅机械化学耦合去除机理研究

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1、国内图书分类号：TH117.1密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学博士研究生学位论文单晶硅机械化学耦合去除机理研究年级二○一三级姓名陈诚申请学位级别工学博士专业机械设计及理论指导教师钱林茂教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONREMOVALMECHANISMOFSILICONVIAMECHANOCHEMICALSYNERGYGrade:Postgradute2013Candidate:ChengC

2、henAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.LinmaoQianMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印。、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．保密

3、□，在；年解密后适用本授权书２．不保密适用本授权书。．“’（请在以上方框内打十）１篇学位论文作者签名：符名：＇命，旨导教师签錢日期年夕月＞５：日日期少＾年Ｓ月４日西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中做了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：（1）阐明了单晶硅在真空环境中的表面损伤与微观材料去

4、除规律，揭示了单晶硅在纯机械作用下产生微观材料去除的条件。（第3章）在真空环境中，二氧化硅探针与单晶硅表面间只存在着机械作用。在远小于单晶硅的材料屈服极限的接触压力条件下，单晶硅表面不会发生微观材料去除。利用化学惰性的金刚石针尖在不同法向载荷下划擦单晶硅表面，发现只有当接触压力达到单晶硅的材料屈服极限才会造成单晶硅材料的机械去除。（2）阐明了不同pH值的KOH溶液对单晶硅纯化学腐蚀材料去除的影响规律，揭示了纯化学作用下单晶硅的纯化学腐蚀去除条件。（第3章）在纯化学作用条件（屏蔽探针的划擦作用）下，通过KOH溶液的化学腐蚀来实现单晶硅表面的微观材料去除。然而，在pH˂1

5、1的KOH溶液中，单晶硅表面基本不会发生化学腐蚀，推测在纯水环境中或潮湿大气环境中单晶硅同样不会发生化学腐蚀。即在潮湿大气环境、纯水环境以及低pH值的KOH溶液环境中，在只存在化学作用的条件下，单晶硅不会产生微观材料去除。（3）阐明了环境相对湿度、溶液pH值以及表面化学特性对单晶硅微观材料去除的影响规律，揭示了化学作用对单晶硅机械化学去除的影响机制。（第4章）在不同化学作用因素下（不同相对湿度大气、纯水、不同pH的KOH溶液环境以及单晶硅表面不同化学特性），单晶硅表现出不同的机械化学微观去除规律。随着化学因素的增强，单晶硅/二氧化硅间的机械化学反应有着明显的增强，促进

6、了单晶硅的机械化学微观材料去除过程。化学作用因素的变化，影响了单晶硅/二氧化硅间机械化学反应中某些反应过程，从而改变机械化学反应的剧烈程度。（４）阐明了接触压力、滑动速度以及滑动次数等工况条件对单晶硅机械化学微观材料去除的影响规律，揭示了机械作用对单晶硅机械化学去除的影响机制。（第５章）在纯水环境中，当单晶硅／二氧化硅间的接触压力增大１４６％，单晶硅表面的微观材料去除深度增加２６４％；当滑动速度増大约三个数量级，单晶硅表面的微观材料去除深度减小约４０％；当单晶桂／二氧化硅间的滑动次数增加约三个数量级，单晶硅表面每次的材料去除平均深度减小约９０％

7、。外界机械作用的变化，主要改变单晶桂／二氧化硅－Ｓ０－Ｓ二间ｉ，ｉ键桥的形成过程从而影响单晶硅／氧化硅间的机械化学反应。在化学作用增强的环境中一，机械作用对单晶桂／二氧化硅间的机械化学反应的促进程度会有定程度的削弱。（５）揭示了单晶硅机械化学微观材料去除过程中机械作用与化学作用的耦合作用的机制，构建了单晶硅机械化学耦合去除模型。（第５章）单晶硅的微观材料去除过程由单晶硅／二氧化硅间的机械化学反应直接导致并主导，且反应的持续进行需要机械作用。其本质是机械作用刺激诱导下发生的化学反应的不断刺激，故称为机械化学反应。纯机械作