太阳能电池能将清洁无污染的太阳能转换为我们平时能够方便使用的电能。由于其储量非常丰富,具有很好的应用前景,太阳能光伏产业近年来得到蓬勃的发展。硅具有很高的能量转换效率,因此以晶体硅为原材料的太阳能电池在市场上占有很大的比重。硅片加工成太阳能电池必须要经过多线锯切割。在这一工序中,硅材料的去除是由线锯上无数个磨粒来共同完成的,并且在切割的过程中会在亚表面形成损伤层。为了提高硅的利用率和降低加工过程中的损伤,对多线锯切割过程中的材料去除和损伤层形成机理的研究至关重要,而单点金刚石划擦法是研究切割过程中材料去除和损伤控制的基础。现有的单点金刚石划擦方法主要有纳米压痕仪划擦法、原子力显微镜划擦法和精密移动平台划擦法。前两种方法划擦速度为um/s,与实际加工速度的m/s相差6个数量级。精密移动平台划擦法的划擦速度能达到m/s,但是金刚石针尖的曲率半径为几微米至几十微米,而切割过程中的磨粒曲率半径为亚微米。因此,以上三种方法均不能有效地模拟实际的加工过程,为切割过程中的材料去除和损伤机理研究提供实验基础。针对以上研究方法的缺点,本文首先设计并制造了亚微米曲率半径单点金刚石针尖。在超精密硅片磨床上,采用不同的划擦条件,用制造的系列金刚石针尖对(100)单晶硅片进行了高速纳米深度划擦实验。接着用聚焦离子束原位切割技术在首个磨屑及裂纹处切割,露出划痕的截面,利用扫描电子显微镜对金刚石针尖产生的划痕进行表征,测量出划痕的深度和宽度。采用赫兹接触模型,Oliver-Pha rr模型,以及Jing X.N.模型,根据金刚石针尖的形状和曲率半径等,计算获得损伤层的尺寸、施加于单点金刚石针尖的力以及针尖的位移等信息。最后,运用聚焦离子束技术制备透射电镜截面样品,在透射电镜下观察被加工表面的微观结构。通过高分辨透射电子显微镜观察,在首个磨屑形成处亚表面为一层非晶层,下面为完美的单晶硅结构,与传统研究认为非晶层下面为损伤层不同。这个新现象为研发新的超精密加工方法奠定了基础。在首个裂纹产生的地方,亚表面含有一层非晶层,下面是晶体损伤层,与传统的划擦机理和高速磨削发现的亚表面损伤层相一致。在选区电子衍射(SAED)和HRTEM中,没有发现高压相。