紫外激光刻蚀单晶硅片时, 热传导作用和等离子热效应等多种作用机理共同决定刻蚀效果, 热传导作用导致材料的熔化和气化, 等离子体热效应导致材料破碎和抛出。从理论上分析各种作用机理中相关工艺参数的作用, 并针对不同的工艺参数进行测试, 综合分析各个工艺参数在刻蚀过程中对刻蚀质量的影响, 在此基础上, 为寻找最优刻蚀工艺参数和最佳刻蚀效果提供指导原则, 通过试验验证指导原则的合理性,并得到刻蚀硅片的最优刻蚀工艺参数。试验可知, 单个激光脉冲的功率密度和频率对槽深和槽宽影响最大, 单个激光脉冲的功率密度和扫描速度对槽的成形质量影响最大。

为了探究硅片器件精密磨削加工破碎的损伤规律与演变机制，开展了单颗金刚石磨粒切削单晶硅片的微米划痕实验，分析了硅片边缘有无胶粘包裹作用两种条件下的划痕入口、内部与出口三个区段的破碎损伤形貌特征，并建立了声发射强度、磨削力、切削深度、摩擦系数与破碎损伤之间的内在密切关联。单晶硅破碎损伤随着加载压力或切入深度的增大而越加严重，伴随释放的声发射信号强度增大。单晶硅内部破碎发生的临界阈值条件：载荷约80 mN，切入深度约2 µm，声发射强度约8%。胶粘包裹对单晶硅片边缘的增韧效果显著，边缘崩碎发生临界阈值条件为：载荷约800 mN，切入深度约6 µm，声发射强度约55%。

基于共振域光栅的特性,采用商用绝缘硅片设计并制备了一种用于近红外通信波段的高性能偏振器件。在1.460~1.625μm的波长范围内,利用时域有限差分算法设计了一种周期为0.98μm的全介质共振域光栅,该光栅的消光比最大值为55dB。根据设计结果,采用电子束直写曝光技术对该偏振光栅进行了实验制备,并进行偏振性能测试。结果表明,该光栅的横向磁场偏振光透过率约在80%以上,消光比在20dB以上,最大值可达到32dB,与仿真结果基本一致。相比于传统亚波长金属光栅的周期需要小于1/4入射光波长才能起偏的性质,该偏振光栅在周期为近波长的条件下即有较好的偏振性能,在制备上降低了光刻工艺的难度。此外,该偏振器件是基于商用绝缘硅片制备,与现有的成熟半导体工艺兼容,具有较强的集成性和实用性。

针对Lamb波压电声波传感器高品质因数（Q值）、低检测极限（LOD）和易集成的性能要求，本文基于SOI（Silicon-on-insulator）硅片，通过底层硅（Handling layer）干法刻蚀和中间层（Boxing layer）自截止的方法实现2 μm超薄均一的硅衬底结构，然后沉积2 μm厚具备高C轴择优取向的氮化铝（AlN）压电薄膜。传感器薄膜区域外设置双端增强反射栅结构用于提高Q值，从而有效降低器件的检测极限，并通过微量水分测试验证性能。该谐振器零阶反对称模式（A0）和零阶对称模式（S0）的谐振状态的实测结果和COMSOL二维模型仿真结果一致，所制作的Lamb波谐振器A0模式的主峰Q值为703，S0模式的主峰Q值为403。微量水分测试S0模式的检测极限优于A0模式，最低检测极限值为0.06%RH。结果表明，氮化铝超薄硅衬底Lamb波压电谐振器能够实现微量水分等高精度检测。

采用化学还原法制备了花状纳米银凝胶溶胶,沉积在硅片、二氧化钛薄膜、玻璃上,制备得到了AgNP@Si,AgNP@TiO2,AgNP@G 3种表面增强拉曼基底。以罗丹明6G(R6G)为探针分子,考察了3种基底的表面增强拉曼效果,重复性及均匀性。AgNP@TiO2和AgNP@Si的检出限为10-8mol·L-1,而AgNP@G的检出限为10-7mol·L-1,AgNP@Si的重复性和均匀性最优。结果表明,AgNP@Si的SERS增强效果最佳,并具有制备简单,重复性和均匀性好等优点。

根据衍射原理,设计并制备了平顶整形元件, 将激光能量由高斯分布转变为平顶分布。利用532 nm脉冲激光进行了硅晶圆激光划片实验, 研究了激光能量、划片速度及聚焦位置对划片效果的影响。结果表明, 基于平顶光束的激光划片, 可实现宽约为16 μm、深约为18 μm的划槽, 且槽底部平坦, 槽壁陡直; 与高斯光束相比, 平顶光束下热影响区明显减小。

利用光致发光技术对两种厚度的多晶硅片进行缺陷检测并分类, 在缺陷比例相同的条件下分析了硅片厚度对太阳电池性能的影响。薄(175 μm)太阳电池在开路电压、短路电流、转换效率方面明显低于同等缺陷的厚(190 μm)电池, 即硅片厚度的降低会引起电池性能的下降。此外, 厚度降低后, 低缺陷硅片的电池效率损失大于高缺陷硅片。

为了减小多晶硅中晶界、位错、微缺陷和过渡族杂质对多晶硅太阳电池效率的不利影响, 采用兆瓦级可调谐TEA CO2高功率激光器输出的激光脉冲对硅片进行预处理。使用10 ?滋m带不同支线的脉宽约为200 ns红外激光脉冲在20 mm汞柱的氢气氛中对多晶硅片辐照不同的脉冲数, 制得25个样品; 去除样品的损伤层后, 用S2T-2A四探针测试仪测试了各组样品的电阻率, 发现所有样品电阻率都有不同程度的降低, 其中经P18和P20支线脉冲辐照3个脉冲的样品电阻率下降幅度最大, 下降幅度最高达到50%; 用高频光电导少子寿命测试仪测试样品的少子寿命, 发现所有样品少子寿命都变长, 其中经P18和P20辐照三个脉冲后的样品少子寿命增加幅度最大, 增幅最高达30%。

随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内，集成电路（IC）工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术，利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上，通过归一化差分的方法计算硅片高度，可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度，尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明，该系统测量重复性精度为8 nm（3σ），线性精度为18 nm（3σ）。当测量光强变化达90%时，该测量技术引起的线性精度变化为15 nm（3σ）；当光强变化为65%时，线性精度变化小于1 nm（3σ）。