硅材料是IT产业的基础材料，虽然其光电性能是主要的研究方面，但是硅片加工过程中的损伤、半导体集成电路与器件工艺生产中出现的热翘曲以及封装中可能引起的碎裂，极大地影响着生产的效率与成品率。因此对单晶硅材料的机械性能研究提高其机械强度成为集成电路工业中一个不可忽视的方向。 我们都知道，硅单晶材料在常温下的典型的脆性材料，其断裂的不可预知性和瞬间性导致它产生的破坏是巨大的。特别在大规模集成电路与器件生产中，一个微小的裂纹就可能导致后道工序中电路与器件的完全损坏；而且在热处理过程引起的翘曲，使光刻精度下降；在硅片内部产生的氧沉淀及位错等缺陷，会导致集成电路或器件的漏电流增加，使器件失效。尤其在当今随着硅片直径不断增大的情况下，提高硅片的机械强度，减少硅片损伤、翘曲、位错及其滑移等带来的损失变得十分重要。 本文从硅材料的基本概念入手，阐述了硅单晶材料的脆性断裂、脆塑转变以及在热处理过程中的翘曲研究，并通过这三个部分进行实验。 常温下氮硅单晶(NCZ)及普通硅单晶(CZ)的断裂强度研究发现，氮的掺入提高了机械性能，并且不同氧沉淀量、位错的存在及不同晶向对硅材料机械强度也有较大影响。当温度升高达到硅材料的脆塑转变时，材料的断裂强度有个很大的提高，但是首次发现含氮硅单晶却不明显，而且掺氮的硅单晶脆塑转变温度比普通单晶高，可能是氮的掺入改变了硅材料的内部晶体结构及电子结构。而且常温及高温下的脆性断口表现不同，常温断口为一平面，而高温断口为曲面，断面上都存在微小台阶。实验中对常温及高温下的应力-应变曲线以及也进行了分析。 热处理过程中由于热应力及氧沉淀的作用，会使硅片产生位错并导致翘曲，但是在本实验中表现不明显，可能是氧沉淀等对位错的钉扎作用阻止了硅片的翘曲。而且通过显微镜、透射电子显微镜以及对硅片的整片应力扫描分析了应力、氧沉淀和位错之间的相互关系。发现硅片中位错与高应力区相对应，位错的产生主要是热应力作用的结果，并且位错沿[110]和[112]易滑移方向产生。