鍺單晶多線切割工藝研究

董軍恒，李 聰

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

Ge單晶在紅外光學(xué)材料中的應(yīng)用廣泛，而作為太陽能電池襯底材料的開發(fā)則成為當(dāng)前的熱門[1]。航天工業(yè)的特點(diǎn)決定了太陽能電池必須具有質(zhì)量輕、精度高的特性，作為襯底的Ge拋光片在滿足強(qiáng)度要求的前提下，必須盡量降低厚度，而且對(duì)拋光片的表面質(zhì)量、表面晶格完整性、平整度等提出更高的要求[2]。切片是把單晶鍺由鍺棒變成鍺片的一個(gè)重要工序，切片質(zhì)量的好壞直接影響著拋光等后續(xù)工序的工作量和產(chǎn)品質(zhì)量。多線切割技術(shù)以其材料損耗小、面形精度高等優(yōu)點(diǎn)，目前正成為半導(dǎo)體材料切片的主流發(fā)展方向。

多線切割單晶棒時(shí)，磨料通過擠壓、鑲嵌在被切割材料表面來實(shí)現(xiàn)材料的去除，即大量的能量消耗在磨料與待切材料的摩擦過程中并隨著切割粉末轉(zhuǎn)化為熱能。其中一部分熱能被切割液吸收并帶走，但是剩下的全部被單晶棒吸收。有文獻(xiàn)指出在切割一支150 mm(6英寸)硅單晶的過程中，單晶棒的最高溫度比初始溫度高20℃甚至更高[3]。而單晶鍺的比熱容及熱導(dǎo)率等參數(shù)均比單晶硅要低（如表1所示），因此，在切割鍺單晶過程中，單晶棒的最高溫度比初始溫度還會(huì)更高。以切割一顆200 mm長(zhǎng)鍺單晶為例，鍺的熱膨脹系數(shù)為5.8×10-6/℃，溫度升高20℃可以導(dǎo)致整顆單晶產(chǎn)生23.2 μm的熱膨脹，而在開始切割位置單晶未發(fā)生膨脹。在整個(gè)切割過程中，被切單晶溫度變化是一個(gè)漸變的過程，在溫度達(dá)到最高的位置與最開始切割位置能夠相差23.2 μm，這會(huì)導(dǎo)致鍺片產(chǎn)生較大的WARP等。……