集成电路（IC）所用材料主要有硅、锗和砷化镓等,但目前单晶硅的使用占据全球IC生产的90%以上。硅材料是典型的脆性难加工材料,随着IC技术向着大尺寸化方向发展,对高表面质量的硅片加工技术提出了越来越严峻的挑战。基于这一背景,本论文提出采用冰冻固结磨具进行硅片的塑性模态加工新技术,开展了硅片塑性模态加工机理、冰冻固结磨具的制备以及抛光工艺等方面的研究,对所提新技术的应用进行了积极的探索。本文的主要工作和取得的成果如下:1.设计制作了用于低温硬度实验用的低温实验台,对单晶硅片进行了高温、低温以及常温下的维氏显微硬度实验,获得了单晶硅的硬度值、压痕裂纹长度值随温度变化和压痕载荷变化的趋势。2.设计制作了用于冰冻固结磨具制备的模具,对冰冻固结磨具的制备工艺开展了实验研究,总结了其制备步骤;针对冰冻固结磨具冻结过程中出现的气泡、裂纹、磨料沉降等问题提出了相应的解决办法,成功地制备出磨料均匀分布的纳米SiO₂和Al₂O₃冰冻固结磨具。3.建立了冰冻固结磨具抛光硅片时单颗磨粒和多颗磨粒的运动轨迹模型,推导出了单颗磨粒和多颗磨粒的抛光轨迹方程;仿真分析了偏心距、磨具与工件的转速比以及磨粒颗粒数等因素对抛光轨迹的影响,得出了相应的影响趋势,为预测表面粗糙度提供了基础。4.设计制作了用于低温抛光的工件盘,搭建了低温抛光实验环境,采用原子力显微镜分析比较了纳米SiO₂和Al₂O₃冰冻固结磨具对硅片的抛光效果,包括表面微观形貌和表面粗糙度。结果表明,纳米SiO₂比纳米Al₂O₃具有更好的抛光效果,抛光60min后,可以将表面粗糙度从Ra0.98nm降到Ra0.40nm以下,但工件中心部位和边缘部位的粗糙度存在不均匀现象。