电子束和离子束加工

工生产率很高。
４)可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制，
所以整个加工过程便于实现自动化。
５)由于电子束加工在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别
适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。
６)电子束加工需要一套专用设备和真空系统，价格较贵，因而生产应用
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２)污染少。
离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适 合于加工易氧化的金属、合金及半导体材料。
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３)加工应力、变形极小。
离子束加工是一种原子级或分子级的微细加工， 作为一种微观作用，其宏观压力很小，适合于 各类材料的加工，而且加工表面质量高。
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二、离子束加工设备
离子束加工设备与电子束加工设备相似，包括 离子源、真空系统、控制系统和电源等四个部 分。但对于不同的用途，离子束加工设备有所 不同。
离子源又称离子枪，用以产生离子束流。 其基本工作原理是将待电离气体注入电离室， 然后使气态原子与电子发生碰撞而被电离，从 而得到等离子体。等离子体是多种离子的集合 体，其中有带电粒子和不带电粒子，在宏观上 呈电中性。
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３.热处理
电子束热处理是把电子束作为热源，并适当控 制电子束的功率密度，使金属表面加热而不熔 化，达到热处理的目的。电子束热处理的加热 速度和冷却速度都很高，在相变过程中，奥氏 体化时间很短，只有几分之一秒乃至千分之一 秒，奥氏体晶粒来不及长大，从而能获得一种 超细晶粒组织，可使工件获得用常规热处理不 能达到的硬度。
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三、电子束加工的应用
１.打孔 ２.焊接 ３.热处理 ４.电子束曝光
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１.打孔
图９-５ 电子束加工的 喷丝头异型孔
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２.焊接
电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接 工艺。当高能量密度的电子束轰击焊件表面时， 使焊件接头处的金属熔融，在电子束连续不断 地轰击下，形成一个被熔融金属环绕着的毛细 管状的熔池。
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二、电子束加工设备
图９-３ 电子枪 １—发射电子的阴极 ２—控制栅极
３—加速阳极 ４—工件
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三、电子束加工的应用
图９-４ 电子束加工的应用范围 １—淬火硬化 ２—熔炼 ３—焊接 ４—打孔 ５—钻、切割 ６—刻蚀 ７—升华 ８—塑料聚合
９—电子抗蚀剂 １０—塑料打孔
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３.离子注入加工
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４.电子束曝光
图９-６ 电子束曝光加工过程 ａ)电子束曝光 ｂ)显影 ｃ)蒸镀 ｄ)离子刻蚀 ｅ)、ｆ)去掉抗蚀剂，留下图
形 １—电子束 ２—电致抗蚀剂 ３—基板 ４—金属蒸汽 ５—离子束 ６—金
属
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第二节 离子束加工
一、离子束加工的基本原理和特点 二、离子束加工设备 三、离子束加工的应用
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２.特点
１)由于电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到０.１μｍ，所以加工面
积可以很小，是一种精密微细的加工方法。
２)电子束能量密度很高，在极微小束斑上能达到１０６～１０９Ｗ／ｃｍ
２，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时
蒸发，是一种非接触式加工。
３)由于电子束的能量密度高，而且能量利用率可达９０％以上，因而加
有一定局限性。
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二、电子束加工设备
图９-２ 电子束加工设备结构示意图 １—移动工作台 ２—带窗真空室门窗 ３—观 察筒 ４—抽气 ５—电子枪 ６—加速电压
控制 ７—束流强度控制板 ８—束流聚焦 控制 ９—束流位置控制 １０—更换工件
用截止阀 １１—电子束 １２—工件 １３—驱动电动机 １４—抽气
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(２)离子镀
图９-８ 空心阴极放电离子镀装置示意图 １—电子束 ２—电子枪 ３—空心阴极
４—基板台 ５—基板 ６—蒸发物
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３.离子注入加工
• 离子注入是将工件放在离子注入机的真空 靶中，在几十至几百千伏的电压下，把所 需元素的离子注入工件表面。离子注入工 艺比较简单。它不受热力学限制，可以注 入任何离子，而且注入量可以精确控制。 注入的离子固溶于工件材料中，含量可达 １０％～４０％，注入深度可达１μｍ甚至 更深。
03GDD9
主编
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第九章 电子束和离子束加工
第一节 电子束加工 第二节 来自百度文库子束加工
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第一节 电子束加工
一、电子束加工的基本原理和特点 二、电子束加工设备 三、电子束加工的应用
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一、电子束加工的基本原理和特点
１.基本原理 ２.特点
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１.基本原理
图９-１ 电子束加工原理图
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１)加工精度高，易精确控制。
离子束可以通过离子光学系统进行聚焦扫描， 共聚焦光斑可达１μｍ以内，因而可以精确控制 尺寸范围。离子束轰击材料是逐层去除原子， 所以离子刻蚀可以达到毫微米(０.００１μｍ)级 的加工精度。离子镀膜可以控制在亚微米级精 度，离子注入的深度和浓度也可极精确地控制。
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三、离子束加工的应用
１.离子束刻蚀加工 ２.离子镀膜加工 ３.离子注入加工
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１.离子束刻蚀加工
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２.离子镀膜加工
(１)离子溅射镀膜 (２)离子镀
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(１)离子溅射镀膜
离子溅射镀膜是基于离子溅射效应的一种镀膜 工艺，不同的溅射技术所采用的放电方式是不 同的。如直流二极溅射利用直流辉光放电，三 极溅射是利用热阴极支持的辉光放电，而磁控 溅射则是利用环状磁场控制下的辉光放电。
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一、离子束加工的基本原理和特点
１.基本原理 ２.特点
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１.基本原理
图９-７ 各类离子束加工示意图 ａ)离子刻蚀 ｂ)溅射沉积
ｃ)离子镀 ｄ)离子注入
１—离子源 ２—吸极(吸收电子，引出离子) ３—离子束 ４—工件 ５—靶材
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２.特点
１)加工精度高，易精确控制。 ２)污染少。 ３)加工应力、变形极小。