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单晶碳化硅（Silicon Carbide,SiC）是第三代半导体材料,也称为宽禁带半导体材料。与第一代半导体材料硅（Silicon,Si）和第二代半导体材料砷化镓（Gallium Arsenide,GaAs）相比,SiC在使用性能上具有显著优势,比如耐高温、抗辐射、工作在高压与高频条件下。因此,对于极端换环境或大功率下工作的光电元器件而言,它是理想的衬底材料。但其高硬度、易脆性与强化学惰性,却使得SiC晶片的薄化与表面的光滑无损倍显困难。一方面,材料本身工艺性能差;另一方面衬底晶圆的工艺要求却很高,因为作为集成电路制造的必要元件,其外延层要求衬底表面平坦光滑、尽可能无缺陷损伤。同时,在智能化与物联网等技术的推动下,集成电路芯片的功能与应用均得到拓展,而高端芯片的这些功能要求也必然使得衬底晶圆厚度与表面性能朝着薄化与超光滑无损趋势发展。如人工智能（artificial intelligence,AI）芯片,需要实现深度学习、具备强大的感知能力等,导致其在功耗、可靠性与体积方面都有更高的要求,从而使得集成电路的特征尺寸与集成度向物理极限逼近。因为芯片的薄化能够减少内阻,提升芯片散热性能,增强电路稳定性,缩小芯片体积。再有如MEMS器件、可穿戴智能装备等均要求芯片小型化、薄化。本文针对单晶SiC晶片的高硬度、易脆性及强化学惰性导致的薄化与表面的光滑无损倍显困难的工艺问题,利用超声振动辅助技术,研究了超声辅助单晶SiC晶片的自由磨料研磨与化学机械抛光。通过理论分析与数值仿真的方式,分别揭示了SiC晶片在上述两种工艺下的材料去除机理与表面创成特点;同时设计制造了试验装置,在此基础上,进行了相关试验并对试验结果进行了分析。论文主要的研究内容如下:（1）分析了脆性材料在印压与刻划中的力学响应及其产生机理,在此基础上,通过ls-dyna软件中SPH耦合FE的方法,对单个磨料印压与刻划单晶SiC进行了模拟研究。分析了常规自由磨料研磨下磨料的主要三种力学状态,即二体磨损、三体磨损与自由无作用状态。于是得到了超声振动辅助下磨料在三种力学状态下的动力学变化规律:二体磨损磨料在原水平运动基础上,复合法向简谐运动周期性作用于试件表面,自由无作用状态磨料被激活而随机冲击试件表面,三体磨损磨料对试件表面进行冲击或冲压作用。对于磨料的二体磨损,采用刻划的方式对单晶SiC表面分别进行了不同刻划速率与刻划深度的仿真模拟;对于超声辅助下磨料的力学特性变化,探究了磨料在不同印压速率、冲击角度以及不同频率下对单晶SiC的力学作用。（2）分析了化学机械抛光机理与材料去除模型,在此基础上,从考虑较少但影响重大的流体作用角度出发,对超声辅助化学机械抛光中流体的性能以及磨料的动力学变化进行了仿真研究。分析了超声振动下流体的空化现象,对空化作用下流体的压强与温度变化进行了定量分析,同时分析了超声作用下的声化学效应。应用多相流中的VOF与DPM模型,通过文献中的CFD模拟结果,对比探究了超声辅助化学机械抛光与常规化学机械抛光中流体的性能参数如压强、温度、流速等,为后续的试验以及结果分析奠定了理论基础。（3）分析了常规单面自由磨料研磨工艺系统的组成与动力学原理,以此为依据,为实现试样法向的超声振动以及加工负载的在位连续调节,设计制造了超声振动辅助试验装置,用于后续的试验探究。对关键功能部件进行了设计与制造,研究了试样的定位方法并论述了装置的操作过程。重点研究设计了阶梯型变幅杆,通过模态与谐响应分析验证了设计的正确性;通过阻抗分析与激光多普勒测振仪,对加工后的变幅杆实物进行测试,结果满足试验要求。此外,建立了超声动力组件的简化等效模型,并据此对试样进行了受力分析。（4）利用自行设计制造的超声辅助装置,对单晶SiC晶片的超声辅助自由磨料研磨进行了试验探究。通过正交方法对研磨压力、磨盘转速、磨料粒径与超声功率进行了试验设计(L27(313)),结合信噪比与灰色关联方法对试验结果进行了分析。分别探究了以材料去除率、粗糙度Ra与Rmax为指标时,对工艺参数的影响规律与最佳工艺参数组合;分析了同时以材料去除率、粗糙度Ra与Rmax为综合指标时,工艺参数对综合性能的影响并确定了参数的优选组合。进一步,扩大了超声振幅的范围,探究分析了大幅值对单晶SiC晶片的研磨效果。研究了不同材质研磨盘下超声研磨与常规研磨单晶SiC晶片的材料去除率与表面创成特点。（5）利用自行设计制造的超声辅助装置,对单晶SiC晶片的超声辅助化学机械抛光进行了试验研究。首先采用化学机械抛光用抛光液对单晶SiC晶片进行腐蚀试验,通过对比分析常规腐蚀与超声振动腐蚀后单晶SiC晶片的表面成分,明确了超声辅助能够促进化学机械抛光过程中的化学腐蚀。通过研磨与化学机械抛光的组合试验,结果表明超声辅助研磨与超声辅助化学机械抛光组合能够提高单晶SiC的抛光效果。进一步,通过超声辅助组合工艺,对单晶SiC晶片进行了试验,结果表明,能够以较高的效率实现单晶SiC晶片的薄化与表面的光滑无损。