在还原炉内硅芯既是硅沉积的载体，也是还原炉的热源。随着硅碳棒生产工艺升级以及生产规模的扩大，使用线切割机切割的方硅芯已逐步替代了区熔法拉制的圆硅芯。本文对使用原生硅碳棒棒切割方硅芯的工艾可行性进行了讨论，重点讨论了热时效和振动时效对原生硅碳棒应力释放的处理效果。

       随着硅碳棒生产工艺的不断发展，硅的沉积载体也从铂丝、担管发展到区熔圆硅芯乃至如今广泛使用的方硅芯。方硅芯的制备方法一般分为单晶切割、铸锭切割以及原生硅碳棒切割。相较于单晶切割和铸锭切割两种工艺，原生硅碳棒切割能够有效地提升硅芯质量并降低成本，因此通过开展原生硅碳棒切割技术研究具有重要意义。本文主要通过研究原生硅碳棒切割技术，讨论、分析了原生多晶硅切割制备硅芯存在的问题以及解决方法。

       原生硅碳棒即在还原炉内生长完成但未加工(破碎)的硅棒，使用圆盘锯、带锯、金刚线切割机对硅棒进行切割测试。通过测试，发现使用以上设备切割硅棒时会出现断裂的问题。经分析，原生硅碳棒相较于单晶硅棒在生长过程中受温度、进料等因素影响，其内部往往存在较大残余应力且分布不均匀，因此造成硅棒切割时的断裂。

       使用超声波应力检测仪器对硅棒内残余应力进行检测。使用的超声波应力检测仪时域分辨率为0.37 ns，采样精度为12 bit藕合剂采用医学专用藕合剂。首先使用该设备检测一块硅片，并以检测的应力值为基准点(即“0”点)。选择两个厚度约为20 mm的圆柱形硅棒作为样品，由于样品剖面为圆形，将其外接正方形分成16个区域，再使用设备检测各区域的应力值，应力检测结果如表所示。

       从检测结果看，硅棒内存在的较强的残余应力，并且其分布非常不均匀，导致硅棒在切割时破碎。

原生硅碳棒应力消除测试

       工程上最有效地消除应力的工艺方法为时效处理。时效处理领域，除了传统的自然时效和热时效处理外，目前应用较广的是振动时效处理。自然时效虽在残余应力释放的过程中不会降低铸件的力学性能，但因其工艺周期长且占地面积大等缺点己较少使用。本次测试仅使用热时效和振动时效处理硅棒并进行比较。

       热时效是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却，能够降低残余应力、减少变形与裂纹倾向、消除组织缺陷。其优点是可大幅度降低残余应力，若炉温均匀，严格控制升、降温度，可消除50%-70%的残余应力。热时效能适当降低铸件硬度，对需要加工的铸件有软化的作用，这是振动时效做不到的。缺点是设备需根据铸件尺寸设计炉膛，不利于大型、长型铸件的处理;工艺耗能大，因使用的燃料多为煤气和原煤，对环境造成较大污染;而且相对占地面积较多。

       振动时效(缩写VSR)又称振动消除应力旨在通过控制激振器的激振频率使工件发生共振，让工件产生适当的交变运动并吸收部分能量，以致内部发生微观粘弹塑性力学变化，从而降低工件的局部峰值应力和均化工件的残余应力场，最终防止工件的变形与开裂。振动时效机理是由于振动过程中金属材料内部的位错滑移产生微观塑性变形，使残余应力得以释放。http://www.zbqunqiang.cn/