微裂纹是固体材料中一种非常重要的微观缺陷，它在固体的强度、断裂以及其他结构敏感性问题中起着关键作用。对单晶硅裂纹扩展过程及裂纹尖端变形场的研究将有助于理解脆性材料的失效。本文将扫描电子显微镜(SEM)原位观察与几何相位分析(GPA)相结合，对单轴拉伸条件下单晶硅裂纹扩展过程及裂纹尖端亚微米尺度变形场进行了研究。通过全息曝光和电感耦合等离子体刻蚀工艺在单晶硅片表面制作了亚微米级硅柱阵列，在拉伸过程中获得了一系列硅柱阵列的SEM图像，采用GPA方法对裂纹尖端附近应变场进行了测定，并与线弹性断裂力学(LEFM)解进行了比较。结果表明：变形仅出现在裂纹尖端附近，与裂纹面平行的正应变εxx和剪应变εxy基本等于零，应变场主要由正应变εyy控制；随着位移载荷的增加，裂纹主要沿垂直于拉伸方向扩展，而且裂纹尖端应变场也在增加；在裂纹尖端前方0到2 μm区域内，实验应变场与LEFM理论预测有明显差异，但是，在裂纹尖端前方2μm之外的区域，实验应变场与LEFM理论预测符合的很好。