半导体材料特殊电特性下的随动进电电火花线切割研究

半导体材料因其具有的特殊电特性改变了传统的放电加工体系。本项目提出一种半导体材料随动进电电火花线切割新方法。首先，从半导体特殊电特性对放电加工影响的机理入手，建立新的放电加工体系，深入研究进电单向导通性以正确选择放电极性；通过能带结构研究半导体与进电材料匹配性以降低接触势垒及接触电阻；研究体电阻的变化规律以降低两极间电阻。其次，研制专用脉冲电源及控制伺服系统。第三，通过系统工艺实验，探明脉冲电源参数、伺服控制策略、进电材料及进电方式、工作液组分等对加工效率、表面质量、电极损耗影响规律，以期获得稳定加工条件及参数库。.主要创新：一是，建立半导体材料特殊电特性下的全新放电加工体系，对其放电加工中出现的现象进行机理解释；二是，提出随动进电方式，对放电加工中进电接触电阻与极间体电阻随加工发生随机变化的问题进行控制，提高加工可控性；三是，研制半导体材料放电加工专用脉冲电源、控制伺服系统、工作液。

根据半导体材料在电火花加工中体现出的特殊进电特性，特别是进电端钝化现象，本项目进行了等效电路模型建立、蚀除机理研究、单向导通性研究、随动进电研究、电源及伺服控制系统研制、工作介质研究和随动进电下的实物切割等工作。具体工作如下：. 1.提出了半导体电火花加工中的单向导通特性，利用等效电路模型从机理方面分析了单向导通性形成的原因，并指出不同极性对半导体材料可加工性的影响。. 2.研究了半导体电火花加工时的蚀除机理，分析了与金属蚀除特性的差异。. 3.针对半导体材料与接触材料的能带结构关系及相关电特性，建立了一套相对完整的理论体系。. 4.发现了半导体电火花加工中进电端的钝化现象，分析了钝化现象产生的原因及相关化学反应机理。并针对钝化现象提出了随动进电方式，有效地防止了钝化现象的发生，保证了加工的持续性。. 5.在随动进电的基础上，针对半导体加工特性及蚀除特性，研制了专用高频电源，提高了加工效率。. 6.现有基于极间电压取样的电火花伺服控制系统是以金属为加工对象的，由于半导体特殊的电特性，现有伺服控制系统在加工时几乎完全无效，针对这一问题，提出了全新的控制伺服策略，研制了半导体电火花加工专用伺服控制系统，实现了全自动伺服控制，保证了加工精度及加工稳定性。. 7.针对现有工作液在半导体电火花线切割加工中效果不佳的问题，研制出适用于半导体材料放电加工的专用工作液，进一步提高了切割效率、切割质量和切割高度，并提高了电极丝的使用寿命。. 8.进行了随动进电基础上的工艺试验，研究了电参数及非电参数对加工影响，通过试验和参数优化，建立起半导体材料放电加工工艺流程及优化工艺参数库，根据研究成果进行了各种不同要求的实物切割，最终实现了半导体稳定、高效和精密的电火花线切割加工。. 通过项目研究实现了硅、锗、碳化硅等半导体材料的放电切割，包括太阳能硅片切割制绒一体化切割，大尺寸半导体晶体切割（200mm以上），高深径比小孔加工（直径0.3mm、深径比30），高精度晶体定晶向加工技术（晶面方向精度3′）等。在项目进行过程中，培养了博士生1名，硕士生8名，发表论文19篇，其中SCI收录1篇，EI收录8篇。申请发明专利3项。在三年的研究过程中，研究进程按预先研究计划进行。本项目通过三年的研究工作，完成项目计划的全部内容。