硅基半导体电子器件在其加工与封装工艺过程以及服役环境中所引入的内部应力,是导致其破坏和功能失效的主要因素。发展面向半导体材料内部应力的无损实验方法与仪器装备,成为当今我国半导体行业的迫切需求。然而,大多数光测力学手段适用于表面变形测量,难以直接给出不透明材料内部的变形与应力状况。红外光弹将红外光对硅基半导体材料的高透射能力与光弹性的内部应力指标表征功能相结合,可能发展成为解决半导体器件内部应力检测问题的重要手段。为此,本文围绕红外光弹技术开展了仪器装备与数据分析方法的基础研究。本文基于红外光弹性原理,自主研制了面向半导体材料与器件的显微红外光弹系统,通过对系统中的核心部件的优选、自动控制光学元件的研制以及图像处理程序的开发,实现了对不同厚度硅材料的应力定量分析。本文基于多步相移法并引入光谱分析中的曲线拟合思想,提出了求解红外光弹相位信息的新方法,即拟合相移法。该方法通过多次电动调整波片与检偏镜的光轴角度,针对所获得不同相位组合下的序列光弹图像,采用光弹性模型通用公式拟合迭代,识别出材料中待测的相位差与等倾角信息。通过与六步相移法对比,验证了本方法具有更优的精度,适用于分析由微小/局部应力引起的低条纹级数的应力分析。利用提出的拟合相移法和自主研制的红外光弹系统,本文开展了面向硅的实验,获得了单晶硅材料的应力光学系数。给出了三点弯曲应力场以及含有圆孔的单轴压缩载荷下硅片上圆孔周边的相位差分布。