撮要：初次采纳超高速电镀金刚石线切割单晶硅。经过表面剖析、拉曼光谱等手艺机谋探索了金刚石粒度、切割线速率、切割刀数对被切割工件表面粗劣度、表面损伤深度及损伤水平的影响。觉察，采纳较完备晶形的金刚石，切割刀数越多，被加工工件表面凹坑深度和线痕削减越显然，从而，表面粗劣度得到升高。当跟着粒度的减小，表面断裂方法产生了改变，从脆性断裂变动为塑性断裂。切割表面润滑地区以无定形硅为主，线痕显然地区探测到无定形及亚稳态硅，在凹坑内手下于晶态硅。其余，无定形和多晶硅紧要取决于线的速率，线的速率越高，无定形和多晶硅越少。

01

引言

　　频年来，太阳能发电越来越遭到人们的 　　为了得到更薄的硅片，削减太阳能电池板的分量，高精度的加工并削减硅片的粉碎率是很关键的；是以，有需要认识凝固金刚石线切割硅转瞬表面的造成的机理和加工流程对单晶硅表面机关的影响，比如，表面的损伤对切割后续工序的影响。图1展现了金刚石线切割单晶硅片与游离磨料线切割硅片表面的宏观相片。图中a和b左边均为金刚石线切割单晶硅表面，右边均为游离磨料线切割单晶硅表面。有不少文件报导了硅片表面的粗劣度、硅片厚度，较少 　　实验采纳图2所示的设施实行，图2（a）是切割装配示企图，图2（b）是理论切割时的相片。

　　实验所采纳的金刚石线为环形金刚石线，切割时药方位活动，可完成高速切割；金刚石线表面金刚石采纳裸金刚石，如图（3）所示，其具备优秀的锐利度和自锐机能，可完成高效切割，采纳电镀的方法不变金刚石。金刚石粒度采纳20～30μm，40～50μm，60～70μm，在不变线速率时，每种粒度制做的金刚石线切割15刀实行相比，对切割进口，核心场所，及切割出口处实行衡量，离别纪录数据；在不同切割速率环境下采纳40～50μm的金刚石制做的金刚石线实行切割，收罗数据。论文按照环形金刚石线的出色机能，打算较大速率参数领域实行切割单晶硅实验，最大线速率为45m／s，切割进给速率维持为10㎜／min，并收罗数据音信，切割流程采纳自来水实行冷却。

　　采纳激鲜明微镜对工件表面凹坑及金刚石对工件表面的损伤实行衡量。图4为切割个别示企图及测试粗劣度的几个点的场所。在切割进给开始边进口配置A、B、C三个点，离别位于工件表面，线活动方位，进口处，核心出及出口处，衡量值为10个点的平衡值。图5为凹坑衡量与线痕衡量实例。采纳激光拉曼光谱剖析了切割后工件表面的晶体机关。

03

完毕与商议

　　3．1表面状貌

　　图6是表面A、B、C三点粗劣度随金刚石线表面金刚石粒度改变及切割刀数改变的环境，切割线速率为45m／s。A、B、C三点的表面粗劣度完毕根本一致，跟着切割刀数的补充，金刚石磨平，得到较好的表面粗劣度，相比第一刀与第十五刀，粗劣度下降了约三分之二。金刚石线药方位活动，跟着切割刀数的补充，金刚石颗粒顶端部份被磨掉，直到磨平，而在金刚石处于犀利状况时，较量简单在切割表面留住凸凹不平，粗造度较高；其余，金刚石线表面赶上部份被磨掉，使金刚石在线上展现部份高度改变削减，也使切割表面粗劣度下降。完毕也申明利用较好晶型的金刚石将会得到较好的表面，由于，较好晶型的金刚石具备较小的粒度改变，单颗粒造成较浅的切割损伤，从而得到较好的表面粗劣度。

　　图7是线速率在45m／s时，利用不同金刚石粒度的金刚石线在切割第一刀与切割第十五刀时表面激鲜明微镜相片。完毕显示，线痕顺着进给的方位罗列，深蓝色点即是切割表面凹坑的场所，凹坑琐屑散布［8］。跟着金刚石粒度减小、切割刀数补充，凹坑的数目也显然削减。

　　图8、图9为切割表面凹坑深度及线痕深度的改变与金刚石粒度及切割刀数的干系。金刚石粒度为20～30μm时，凹坑深度亲近2μm，金刚石粒度为60～70μm时，表面凹坑深度最浅为约3μm。每种粒度的金刚石线切割时，跟着切割刀数的补充，凹坑深度显然变浅，15刀后，凹坑深度均减小为第一刀凹坑深度的一半。相比显示，线痕的深度均小于凹坑深度，切割15刀此后，线痕深度乃至小于1μm，而较粗金刚石线切割的表面线痕深度也在2μm如下。切割表面的凹坑属于切割流程中微粉碎造成并留住表面的，也即是说，单颗金刚石压入硅表面越深，脆性断裂越简单产生，也就留住较深较多的凹坑［9－11］。

　　咱们对40～50μm的金刚石线切割的单晶硅表面实行了拉曼谱探测剖析，图10中，咱们觉察主峰在cm－1为单晶硅（记号c－Si）。但是在腻滑表面拉曼谱单晶硅峰显然削弱，呈现无定型峰包峰位约在cm－1，分外是及线痕处晶体硅峰强度显然削弱，而a－Si峰强度巩固，其余，还探测到了硅的亚稳相Si－XII在－cm－1［12－14］。金刚石顶端应力的召集大概是致使亚稳相Si－XII造成的紧要原由。这也申明，由于凹坑深度是线痕深度的两倍并造成脆性断裂，使硅表面显露为晶态。

　　图11是采用40～50μm的金刚石线，在不同切割线速率切割硅表面B点场所的拉曼谱线。每条谱线均显示在和cm－1有a－Si峰，在和cm－1有硅的亚稳相Si－XII的峰。其余，显露切割线速率越低，a－Si峰越高的的趋向。这大概是在恒定的进给速率下，较低的切割线速率使单颗粒金刚石压入硅晶体的深度补充的出处，并造成了塑性变形，从而造成了无定型层。但是，在较低切割速率时，c－Si的峰cm－1有左移，申剖判其结晶水平下降而且表面有残存应力［15，16］。在最低速时，在cm－1呈现多晶硅的峰，申剖判单晶硅状况的变动。图12显示在最高线速率切割时，金刚石粒度改变，表面B处的拉曼谱。a－Si，亚稳相Si－XII，c－Si均被探测，但是很难将不同粒度的金刚石线切割的成果区隔开来。

　　经过以上拉曼光谱剖析，在平坦润滑的表面，是a－Si、亚稳相Si－XII、c－Si三相并存的；但是，在较低线速率切割时，对a－Si层的造成影响较大。同时也申明脆性加工形式致使了凹坑的造成。

04

论断

　　在不同前提下，实行高速切割单晶硅实验。

　　（1）利用较好金刚石有助于升高表面加工品质；

　　（2）加工刀数的补充使金刚石表面变圆，并使表面损伤层及线痕深度下降；

　　（3）拉曼谱显示，加工表面并存有硅的几种状况（c－Si，a－Si，Si－Ⅻ），凹坑处显示晶态，而线痕处造成亚稳态Si－Ⅻ及a－Si，而在较腻滑处则存在三种状况；

　　（4）非晶态紧要取决于切割线速率，也与金刚石粒度相关。低速切割时紧要展现为非晶态和多晶态。

陈超，彭少波，陈家荣，秦建新，肖乐银，谢德龙，潘晓毅，林峰

（广西超硬材料要点实践室，中公有色桂林矿产地质探索院有限公司，国度特种矿物材料工程手艺探索核心）

超硬材料工程

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