单晶硅被广泛应用于集成电路、光电子器件和微传感器等半导体器件制造过程中,其超精密加工技术是衡量国家先进制造水平的重要标志。由于单晶硅是典型的硬脆材料,在机械加工过程中很容易引入亚表面裂纹,这将显著影响材料的机械强度和结构完整性。针对单晶硅亚表面裂纹萌生扩展机理展开研究以抑制或减少裂纹产生,从而提高半导体器件的可靠性和寿命,对推动我国高端半导体制造行业发展具有重要意义。然而目前纳米尺度下材料断裂过程原位实验表征困难,传统的仿真技术如有限元等无法从原子角度研究裂纹的起源及演变等问题,因此单晶硅的亚表面裂纹萌生机理有待进一步探索。本文基于分子动力学（MD）仿真对单晶硅纳米切削过程中亚表面损伤演化进行了深入研究,通过晶体结构分析、应力分析、原子位移跟踪等方法揭示了亚表面裂纹萌生机理,主要工作如下:针对过去MD模拟中未变形切屑厚度过小致使无法出现裂纹的问题,采用改进后的纳米切削模型进行了大规模MD仿真,从而直接观测到单晶硅由延性加工转变为脆性加工的过程。通过晶体结构识别、径向分布函数等手段对纳米切削过程中不同形式的亚表面损伤演化进行研究,揭示了切削过程中应力场分布与单晶硅高压相变和裂纹萌生的相关性,发现当拉应力水平超过材料的断裂极限时,就会在应力集中处产生材料解离破坏。此外,探究了不同加工参数对纳米切削过程中亚表面损伤以及材料去除模式的影响,并结合相变、位错合理解释了亚表面损伤随加工参数变化趋势。通过对切削过程中原子密度、位移跟踪分析,发现了单晶硅的高压相变致密化和塑性流动现象,并从原子角度提出了亚表面裂纹萌生机理,强调了相变原子流在裂纹形核中的重要作用。针对相变原子对裂纹空腔填充现象,采用单轴拉伸模拟证明了其对材料机械性能的恢复作用,提出通过裂纹自愈合实现脆性材料半延性加工的方法。进行了单点金刚石针尖划擦硅晶圆实验,通过扫描电镜、透射电镜等多种表征手段对不同划擦深度下划痕表面质量及亚表面损伤微观结构变化进行探索,利用切屑起始点和裂纹起始点研究了划擦过程中的材料去除模式转变和脆塑转变过程。通过对比实验和模拟结果中的亚表面损伤结构,从而验证了MD模拟结果的可靠性。