陈俊云, 张 洁, 靳田野

(1.燕山大学 车辆与能源学院, 河北 秦皇岛 066004； 2.哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001)

单晶锗是一种重要的半导体材料，结构复杂、高精度的单晶锗微结构元件在高能电子、红外光学、辐射探测仪等领域的应用越来越广泛[1]. 目前，在半导体材料表面制造微结构的方法主要有传统MEMS类的光刻技术、蚀刻技术，能量辅助类的激光束加工、离子束加工，以及超精密机械加工类的超精密切削、超精密磨削等[2-4]. 采用光刻和蚀刻技术制造微结构的效率较低，成本高而且使用的腐蚀性溶液污染环境[5]. 另外，采用离子束加工微结构的周期较长，而激光束加工的质量则很难精确控制. 在微结构表面的超精密机械加工中，与磨削相比，金刚石切削技术具有加工精度高、成本低、效率高、复杂三维结构的加工能力强等优点[6]. 但是,单晶锗属于典型的脆性材料，具有高强度、高硬度、低断裂韧性等特点，进行金刚石切削加工的难度较大[7].

近年来,很多研究者对单晶锗纳米切削中的脆塑转变及金刚石切削技术进行了深入的研究，耿瑞文等[7]基于纳米压痕实验提出了一种计算单晶锗脆塑转变深度的模型. 杨晓京等[8]发现单晶锗的脆塑转变深度呈现强烈的各向异性，并通过纳米沟槽实验分析了切削速度、垂直载荷及刻划次数对沟槽形貌的影响[9]. Lai等[10-11]研究了部分重叠纳米切削中单晶锗的表面形貌及亚表层损伤，发现材料的边界流动是表……