1、班 級材料成型及控制工程3+2專業(yè)15（1）姓 名湯靈鋒課題名稱鍺單晶研磨粉的成分與結(jié)構(gòu)分析開題報告目錄1 選題的背景與意義2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3 總體研究思路（方法與技術(shù)路線）可行性分析及預(yù)期研究成果4 研究工作計劃（進度安排）參考文獻（開題報告全文附后）成績：答 辯意 見（從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等幾個方面）答辯組長簽名： 年 月 日系主任審核意見簽名： 年 月 日鍺單晶內(nèi)圓切割工藝研究姓名學(xué)號班級1. 選題的背景與意義1875 年，俄國著名化學(xué)家門捷列夫在研究元素周期表的特性時，預(yù)言了硅與錫之間的“類硅”元素的存在。1886 年，德國化學(xué)家 C.A.Winkl

2、er 在硫銀鍺礦中發(fā)現(xiàn)了這一元素，并命名為鍺（Germanium）1,2迄今為止，已有 100 多年的發(fā)展歷史。在最初的幾十年，由于硫銀鍺礦資源非常少，并且沒有發(fā)現(xiàn)新的鍺資源，鍺的應(yīng)用研究工作幾乎完全停止。直到 1920 年，一種新的含鍺礦物鍺石在西南非洲被人發(fā)現(xiàn)，該礦物含鍺量約 8%，之后鍺的研究才得以順利展開。 隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，1921 年鍺檢波器問世；1941 年，第一家生產(chǎn)二氧化鍺的工廠在美國邁阿密建立；1948 年，利用電阻率為 1020·cm 的高純鍺，貝爾實驗室制備出了世界上第一個非點接觸的晶體管放大器，即鍺晶體管；1950 年，世界上第一根鍺單晶培育成功；195

3、2 年，區(qū)溶提純法被發(fā)明并首先應(yīng)用在鍺的提純上1。 20 世紀(jì) 50 年代末至 60 年代末的十年間，是鍺的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、用量迅速發(fā)展的時期。鍺材料和器件實現(xiàn)批量生產(chǎn)，技術(shù)也相當(dāng)成熟。20 世紀(jì) 60 年代前后，鍺在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，但 20 世紀(jì) 70 年代以后，由于半導(dǎo)體硅生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步以及大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，鍺在半導(dǎo)體工業(yè)中的統(tǒng)治地位逐漸被價格更低、資源更豐富的硅所取代。鍺的用量大幅度降低。盡管如此，在某些高頻和大功率半導(dǎo)體器件中，仍然使用鍺。鍺是除硅以外最重要的半導(dǎo)體，除半導(dǎo)體工業(yè)外，鍺在高頻、紅外、航空航天、電子器件、太陽能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛

4、的應(yīng)用1, 2。 鍺在現(xiàn)代軍事上的應(yīng)用使之成為具有戰(zhàn)略價值的金屬材料。長期以來，鍺的主要用途是制造半導(dǎo)體器件和紅外光學(xué)元件。早在二戰(zhàn)期間，鍺的檢波特性被發(fā)現(xiàn)以后，即被英國軍方用于雷達檢波器和放大器。鍺在紅外光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用則是它在現(xiàn)代軍事上最重要的應(yīng)用之一。紅外光學(xué)對鍺的消耗量占整個鍺消費量的 20%30%。此外，鍺核輻射探測在軍事方面也獲得了重要應(yīng)用。而鍺非晶態(tài)半導(dǎo)體由于其具有抗核輻射的優(yōu)異性能，同時價格相對低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)軍事裝備的自動化、小型化，因此也顯示出了極好的應(yīng)用前景1。 美國每年消耗鍺約 10 噸，主要用于制造紅外監(jiān)視系統(tǒng)，特別是用在夜視紅外系統(tǒng)中。為應(yīng)對大規(guī)模戰(zhàn)爭和突發(fā)事件的需要，

5、美國早在 1984 年就宣布將鍺列為國防儲備資源，儲備目標(biāo)為 30 噸鍺單晶。1987 年調(diào)整為 146 噸。之后美國就大量進口鍺。雖然在 1991 年以后美國國防儲備目標(biāo)下調(diào)至 68 噸，但其進口和國內(nèi)消費的鍺單晶仍然保持在每1030 噸的量，其國內(nèi)鍺庫存在 2004 年達 540 噸之多。同樣，其他西方發(fā)達國家也在積極進行鍺資源的戰(zhàn)略儲備。日本每年進口的二氧化鍺就達 4050 噸，進口鍺單晶達 7 噸。此外，德、意、法、英等各國對含鍺礦物原料也幾乎完全依賴于進口。 目前，鍺已經(jīng)成為一種極為重要的戰(zhàn)略資源。我國的鍺資源儲量在世界上占有明顯優(yōu)勢。鍺儲量十分豐富，資源量近萬噸，是世界主要的產(chǎn)鍺大

6、國。鍺礦保有儲量為 3055 噸，主要分布在 11 個省區(qū)，其中廣東、云南、吉林、山西、四川、廣西和貴州等省區(qū)的儲量占全國總儲量的 96%。20 世紀(jì) 90 年代以來，是我國鍺產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的時期，10 年間奠定了我國在世界市場的地位。形成了以會澤鉛鋅礦、韶關(guān)冶煉廠和臨滄為代表的鍺產(chǎn)業(yè)，以南京鍺廠、上海冶煉廠等為代表的鍺的加工業(yè)。我國鍺的生產(chǎn)在世界上占有重要地位，是目前世界上最大的鍺產(chǎn)品生產(chǎn)國和出口國。鍺單晶材料有著廣泛的應(yīng)用。如高電阻率鍺單晶材料用于輻射探測器，電阻率均勻的鍺單晶材料用作紅外光學(xué)器件中的窗口和棱鏡，以及要求采用低電阻率的鍺單晶材料，作為砷化鎵外延的襯底應(yīng)用于太陽電池領(lǐng)域等等。

7、鍺是除硅以外最重要的半導(dǎo)體材料。除半導(dǎo)體工業(yè)外，鍺在航空航天工業(yè)、高頻超高頻電子、光纖通訊、紅外光學(xué)、電子器件、太陽能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，是一種非常有前途的工業(yè)材料。目前全世界鍺的平均年增長率維持在 4%6%，隨著鍺在其他一些新領(lǐng)域的應(yīng)用，鍺的市場將繼續(xù)擴大，鍺工業(yè)前景光明。 2. 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題2.1基本內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計中主要完成的內(nèi)容包括：（1）對鍺單晶內(nèi)圓切割原理的認(rèn)識通過查閱文獻，掌握鍺單晶的內(nèi)圓切割原理，為后面的研究打下基礎(chǔ)。（2）內(nèi)圓切割機針對不同尺寸的晶棒的各種參數(shù)設(shè)置通過看內(nèi)圓切割機的說明書及查閱相關(guān)文獻，掌握內(nèi)圓切割及的參數(shù)設(shè)置。

8、（3）實地考察了解現(xiàn)實生產(chǎn)中的問題在老師的帶領(lǐng)下參觀相關(guān)工廠，實地考察。了解生產(chǎn)實踐中遇到的問題。 用心思考，詢問老師，加以解決。（4）研究如何改進工藝來提高成品率通過在工廠的參觀發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題，進行實驗來提高成品率。（5）研究如何提高內(nèi)圓切割的切割效率3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果3.1 研究思路方案3.1.1目前鍺單晶的內(nèi)圓切割技術(shù)原理及優(yōu)缺點分析內(nèi)圓切割技術(shù)于20世紀(jì)70年代末發(fā)展成熟。內(nèi)圓切割刀片是一個圓環(huán)，由刀片基體和內(nèi)圓磨料工作部分組成。內(nèi)圓刀片作高速旋轉(zhuǎn)運動，硅晶體相對于刀片旋轉(zhuǎn)中心做徑向進給，從而實現(xiàn)對材料的切片。內(nèi)圓切片的優(yōu)點是:（1）技術(shù)成熟（2）刀片穩(wěn)定性好（3）

9、在小批量多規(guī)格加工時具有靈活的可調(diào)性（4）由于刀片外圓張緊，剛性很好，可實現(xiàn)高速高效切割。其缺點是:（1）晶片表面損傷層較大（2）刀口寬，材料損失大（3）生產(chǎn)效率低。每次只切割一片，另外刀片張緊后產(chǎn)生相應(yīng)的變形，刃口表現(xiàn)為波浪形。在高速旋轉(zhuǎn)時還會產(chǎn)生振動，這種波浪形的刃口變形和刀片振動使得切片鋸口變寬，同時在切削液的作用下產(chǎn)生較大的流體動壓力。當(dāng)硅片切割即將結(jié)束時，會造成硅片崩邊，甚至產(chǎn)生飛片現(xiàn)象。3.1.2針對實地考察中的問題進行實驗根據(jù)不同的條件，分別進行如下實驗：（1） 其他條件相同，鍺單晶的晶棒直徑不同，進行實驗并記錄（2） 其他條件相同，鍺單晶的晶棒的進給速度不同，進行實驗并記錄（3） 其他條件相同，使用的襯底材料不同，進行實驗并記錄（4） 其他條件相同，使用的膠水不同，進行實驗并記錄（5） 其他條件相同，內(nèi)圓刀片的切割速度不同，進行實驗并記錄 分析實驗結(jié)果，得出相關(guān)結(jié)論。3.2 可行性分析本設(shè)計的工作主要涉及新能源材料、半導(dǎo)體材料和機械設(shè)計等方面的知識，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績，掌握了本設(shè)計所需的基本知識。指導(dǎo)老師及其課題組在鍺單晶的內(nèi)圓切割技術(shù)的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗，本設(shè)計的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。3.3 預(yù)期研究成果經(jīng)過自己的學(xué)習(xí)研究及老師的指導(dǎo)，掌