锗材料凭借优异的物理、化学性能在高科技领域得到了广泛应用。锗单晶片的变形控制是晶片加工中极为重要的一点。低温抛光能加工出高质量晶片,但加工后温度回升的过程会导致晶片发生变形。本文通过有限元仿真,研究升温速率对锗单晶片变形的影响规律,同时还探讨了晶片的几何参数,如厚度、直径对热变形的影响。通过设计与制作温控箱,开展升温速率对锗单晶片变形影响试验,对仿真结果进行验证。本文开展的主要工作内容如下:(1)通过ANSYS热-结构耦合仿真,探究升温速率对晶片变形的影响规律:升温速率越快,热应力越大,锗单晶片越容易发生塑性形变,变形越明显;在只考虑升温处理产生的热应力的情况下,厚度越大,热应力也越大,越容易发生变形;对于超薄锗晶片,不同直径锗单晶片在升温处理中温度大小及分布差别较小,热应力也相差不大。(2)设计、制作半导体温控箱,用于实验中升温速率的控制。从-30℃~30℃,最短升温时间为4分49秒,升温可调范围广;响应速度小于6s;控制精度为1℃左右;同一高度选取的点上最大温差为0.35℃,均匀性较好;相同电压下两次升温时间偏差最大为2.33%,设备稳定性高。用拟合的手段获得了升温时间与控制电压之间的关系,并用其获取实验所需要的控制电压,最后用实验进行了验证。(3)通过实验探究升温速率对晶片变形的影响规律,得出以下结论:升温速率越快,晶片变形越为明显,在文中条件下,升温时间超过60min后,晶片变形程度随升温时间改变变化很小;晶片越厚,在升温处理中越不容易发生变形;晶片直径越小,越不容易发生变形;升温处理对应力较为集中的晶片裂纹影响明显;晶片的残余应力在升温处理过程中发生了改变,说明在升温处理过程中热应力与残余应力共同作用引起材料局部的塑性变形,导致晶片弯曲变形,残余应力对变形有非常复杂的影响;锗单晶片内位错在热应力与内应力共同作用下发生滑移与增殖是晶片变形的根本原因。