利用紫外纳秒标识系统对硅晶圆表面进行二维码直接标识试验研究。采用控制变量法，分别研究不同的脉冲占空比、重复频率、光斑重叠率对标识材料的热损伤、表面形貌以及二维码识读效果的影响规律。研究结果表明，脉冲占空比和重复频率对标识区域的环宽和热损伤影响效果明显，二维码的读取率和识读时间同时受占空比、重复频率、光斑重叠率影响。单脉冲能量在10.7~20 μJ范围内可以标识出符合SEMI标准的均匀、细腻、稳定、高识读率的无尘标识。

硅晶圆激光隐形切割是指激光聚焦在晶圆内部使其产生热裂纹，通过控制热裂纹的扩展方向实现硅晶圆的高质量切割，具有广阔的应用前景。在硅晶圆内部沿着光轴方向一次生成多个焦点，可以实现硅晶圆的多焦点隐切。本文提出了一种大数值孔径下的轴向多焦点算法。将不同焦距的相位差值作为变量，通过迭代求解出傅里叶级数满足要求的原函数，然后对变量进行非线性映射就可以得到目标相位图。通过改变傅里叶展开后的各项系数，实现了轴上焦点数目、各焦点能量和间距的调节。利用MATLAB仿真得到了不同能量比、不同焦点间距的轴向三焦点和五焦点的光场，各焦点能量比例和间距与设计预期基本一致，能量利用率均达到了90%以上。选用1.342 μm纳秒激光器对250 μm厚硅晶圆进行激光隐切实验，使用空间光调制器加载目标相位图，将等能量的三个焦点分别聚焦在硅晶圆表面下方35.0，105.2，176.0 μm处，在激光功率为1.2 W、切割速度为200 mm/s的条件下成功实现了硅晶圆的三焦点激光隐切。

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%。

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。

为确定飞秒激光光束对微尺度结构的烧蚀深度，研究了给定功率条件下对应的激光束有效烧蚀焦距。提出采用激光焦点处获得的烧痕阵列图像及在离焦状态下提取烧痕图像特征，通过分析图像特征与离焦距离，获得激光束有效烧蚀焦距范围的方法。在激光束焦点附近的硅晶片表面烧蚀出斑痕阵列，向下逐渐减小焦距，采集硅晶片斑痕图像，提取斑痕平均像素面积及斑痕目标与背景之间的R分量灰度差，获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线；向上逐渐增大焦距，提取并获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线。结合激光束向下离焦阈值(633 μm)及向上离焦阈值(993 μm)，确定20 mW输出功率条件下，飞秒激光在硅晶片材料表面的有效烧蚀深度为360 μm。采用中位值方法确定了激光束在硅晶片表面聚焦时的焦距为0.823 mm。实验表明，激光烧蚀斑痕像素面积及灰度差与激光束焦距之间的关系能够客观地反映激光束有效烧蚀焦距的变化范围。

测量获得了金刚石压腔系统中碳化钨基座单轴下的总压应力(F/N)-应变(ε/μm/m)关系: F=3.395ε+12.212(R2=0.999 9), 研制出可以在定量单轴压力下原位测试样品谱学特征的装置。 利用该装置测试了单轴压力在2548.664 MPa下单晶硅片的拉曼谱峰。 测试结果表明, 当压力垂直于单晶硅样品［100］结晶面时, 样品的519.12 cm-1谱峰随压力增大有规律的向高频方向偏移, 谱峰频移量(Δω/cm-1)与压力(σ/MPa)的增加呈显著的线性关系, 线性方程为σ=365.80Δω+10.19。 式中的常数项在一定程度上反应了样品本身存在的残余应力; 一次项系数与理论计算得到的结果存在一定差异, 可能是由于本实验考虑了样品受力的定向性。 Δω-σ线性关系式中的常数项可能代表两层含义: 一是实验过程中存在的误差; 二是在一定程度上反应了硅片本身存在的内应力的大小。

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）。