半导体晶体具有许多独特的光、热、电、磁等性质,已成为尖端科学技术中应用最为活跃的先进材料之一,在工业制造、国防工业、航空航天等领域中具有十分重要的作用。但是,它的可加工性极差,脆性高、断裂韧度低,机械加工过程中易发生整体断裂,很难加工具有复杂曲线、复杂型面的零件,精度无法保证,成本高,效率低。放电加工是利用电能去除材料,可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的导电材料。常用的半导体材料,其电阻率比金属高出3～4个数量级,且具有十分特殊的电特性。基于导电材料建立起的常规放电加工,其相关机理与规律已经完全不能适用,对于半导体的放电加工,必须建立一种全新的理论体系。为此,本文针对半导体的特殊导电性,建立了相关的放电模型,深入地研究了进电端特性、体电阻以及蚀除机理等几个关键问题,完成了以下几个方面的工作:(1)建立了半导体晶体放电加工系统。研制了专用脉冲电源、特殊进电系统以及三维放电实验平台,以进行半导体放电加工机理的研究分析。改进了现有的电火花线切割机床、工作液循环系统,以实现硅、锗等半导体晶体的放电切割加工。(2)总结了本征半导体、杂质半导体以及肖特基结的基本特性,分析了电阻和二极管串联、并联的伏安曲线的特点。指出半导体放电加工时,接触位置存在肖特基势垒,并建立了相关的等效电路模型。经综合研究发现,电阻与反向二极管串联,是放电加工的基本电路,其伏安曲线的基本特征包括导通电阻、击穿电压和击穿电阻。(3)在正极性和负极性的装夹条件下,建立了P型和N型半导体晶体放电加工的等效电路模型。它可表示为二极管-电阻模型(DR模型)。明确了半导体放电加工具有两个进电端:装夹端和放电端。首先,通过两端金属装夹的进电模型,研究了接触面积、接触压力对装夹端进电性能的影响;其次,结合放电加工理论研究了放电端进电特性,并得出了半导体放电加工具有单向导通特性。(4)在各种接触形式以及放电条件下,研究了体电阻的计算方法。半导体放电加工的体电阻,由等效接触半径决定。并且发现在放电过程中,由于放电端的热作用,等效接触半径逐渐变大,体电阻逐渐变小,放电电流波形呈现明显爬坡特征。(5)基于光发射理论提出了极间能量分布的简化计算模型。重新解释了放电加工的极性效应,并通过ANSYS数值仿真了电极和工件的温度场、应力场,提出脆性半导体的蚀除机理。(6)建立了光反射传输模型以分析绒面的减反射规律。计算了各种形貌的陷光结构的减反射率,提出了陷光结构的优化原理,用以提高绒面的减反射效果,增加太阳能电池对光的吸收率。(7)完成了常用半导体晶体的放电加工。提出涂层隔离法和随动进电法,消除装夹端因电化学反应产生的钝化作用,实现大尺寸锗窗和异型锗窗的加工。利用放电端的电化学反应,在工件上形成电解微坑,产生陷光作用,实现太阳能级硅的放电切割制绒一体化技术。在半导体硅晶体上,实现了深径比30的小孔加工。