电子束离子束系统的工作原理
聚焦离子束技术
聚焦离子束技术一、简介聚焦离子束技术（Focused Ion Beam，FIB）是一种微电子束技术，它使用液态金属离子源产生离子束，然后通过一组电磁透镜将离子束聚焦到非常小的区域内。
这种技术在材料科学、半导体工程、生命科学和纳米科技等领域有着广泛的应用。
二、聚焦离子束技术的工作原理1. 离子源：聚焦离子束系统的核心是一个离子源，通常使用的是液态金属离子源。
液态金属离子源中的金属被加热到高温，使其蒸发并形成等离子体。
2. 离子提取：从等离子体中提取出金属离子，并将其加速到高速度。
3. 聚焦：通过一组电磁透镜将离子束聚焦到一个非常小的区域内。
电磁透镜可以是静电透镜或磁透镜，也可以是两者的组合。
4. 样品处理：聚焦的离子束可以用于切割、蚀刻、沉积和焊接样品。
离子束与样品的相互作用会产生二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可以被用于分析样品的性质。
三、聚焦离子束技术的应用领域1. 半导体工程：聚焦离子束技术可以用于制造和修复半导体设备。
例如，可以使用FIB来切割芯片，或者修复集成电路中的缺陷。
2. 材料科学：聚焦离子束技术可以用于分析和处理各种材料。
例如，可以使用FIB来切割样品并进行元素分析，或者使用FIB来制造纳米结构和纳米器件。
3. 生命科学：聚焦离子束技术可以用于研究和操作生物样本。
例如，可以使用FIB来切割细胞或组织样本，或者使用FIB来制造纳米级的药物输送系统。
4. 纳米科技：聚焦离子束技术是纳米科技的重要工具。
它可以用于制造纳米结构和纳米器件，也可以用于研究纳米材料的性质。
5. 故障分析：FIB可以用于故障分析，通过在器件表面进行切割、刻蚀和显微观察，帮助确定电子器件中的故障位置和原因。
四、聚焦离子束技术的挑战和未来发展尽管聚焦离子束技术在许多领域都有广泛的应用，但它也面临着一些挑战。
例如，离子束与样品的相互作用会产生大量的二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可能会污染样品和设备。
离子束技术的应用与前景
离子束技术的应用与前景随着科学技术不断发展，离子束技术已经成为了一种非常先进的加工技术。
该项技术起源于50年代初期，它是一种利用离子束与材料相互作用的方法来加工物质表面的技术。
由于其独特的优势，离子束技术已经广泛应用于传感器制造、微电子器件制造、材料表面改性、能量材料制造、光学制造、生物医学和环境分析等领域，成为了许多行业的主要加工手段之一。
一、离子束技术的基本原理离子束技术是一种利用离子束与物质相互作用来加工材料的方法。
它是通过利用离子束与材料相互作用的方法来改变物质的物理、化学、结构等性质的。
离子束是一种能够通过电磁场和电场加速的带电粒子。
当它与物质相互作用时，它会与物质表面形成一个冲击区域，这会引起能量和质量转移，从而改变物质表面的结构和性质。
离子束加工的主要原理是离子束通过物质表面形成一个冲击区域，当离子束的能量足够大时，它会造成物质表面的损伤和改变。
这些改变通常包括表面结构的改变、化学键的形成和断裂、外围和体积等的缺陷，而这些改变正是改变物质性质的主要因素。
二、离子束技术的应用离子束技术已经广泛应用于各个领域，如电子学器件制造、材料科学、生物医学和化学制造等。
具体的应用如下：1.微电子器件制造离子束技术可以用于制造微电子器件和探测器。
特别是高纯硅材料的表面制造，离子束能够产生高强度的示踪剂，可以很好地摄取和检测。
此外，离子束还可以促进电阻、电导率和薄膜粘附力等化学或物理性能的形成和调节。
2.材料科学在材料科学中，离子束技术可以用来制造新型材料、合金和纳米颗粒。
一些硬度极高的材料，如氮化硅和氮化硼等，是使用离子束制备的。
此外，离子束技术还可以改变材料表面的化学性质，如改变溶液的润湿性和表面的扩散性。
3.生物医学在生物医学领域，离子束技术可以用来制造微流控器件和植入物件。
离子束可以通过微流控器件将刺激剂、药物和细胞注入到特定的细胞区域。
在植入物件方面，通过离子束加工可以制造出便于组织生长的模板和介质。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳 米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点 上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、塑料上用电子束打大量微孔， 可使其具有如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片 上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。
2）加工型孔及特殊表面
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
电子束原理
电子束原理电子束原理是指通过对电子束的控制和调节，实现对物质进行加工、成型、焊接等工艺过程的一种原理。
电子束加工技术是一种高能束流加工技术，其原理是利用电子束对工件进行加热、熔化和冷却，从而实现对工件的加工和成型。
电子束加工技术是一种高效、精密的加工方法，具有加工速度快、加工精度高、加工质量好等优点。
电子束原理的核心是通过对电子束的控制和调节，实现对工件的加热和熔化，从而实现对工件的加工和成型。
电子束加工技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等领域，对提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。
电子束原理的实现主要依靠电子束发射器、聚焦系统、偏转系统和工件移动系统等关键设备。
电子束发射器是产生电子束的源头，其性能直接影响着电子束加工的效果。
聚焦系统用于将发射器发出的电子束聚焦到极小的区域，从而实现对工件的局部加热和熔化。
偏转系统用于控制电子束的方向和位置，确保电子束能够准确地照射到工件的需要加工部位。
工件移动系统用于控制工件在加工过程中的移动，从而实现对工件的整体加工和成型。
电子束原理的关键在于对电子束的控制和调节。
通过对电子束的能量、密度、速度等参数进行精确的控制和调节，可以实现对工件的加热、熔化和冷却，从而实现对工件的加工和成型。
在实际应用中，需要根据不同的工件材料和加工要求，对电子束的参数进行合理的选择和调节，以实现最佳的加工效果。
总的来说，电子束原理是一种高效、精密的加工方法，具有广泛的应用前景和重要的经济意义。
通过对电子束的控制和调节，可以实现对工件的高效加工和成型，为现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
随着科学技术的不断发展和进步，相信电子束加工技术将会有更广泛的应用和更好的发展。
离子束原理
离子束原理离子束技术是一种利用离子束对材料表面进行加工的高新技术，它具有精度高、加工速度快、对材料损伤小等优点，因此在微加工、纳米加工、表面改性等领域有着广泛的应用。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质，实现材料的加工和改性。
离子束技术的原理主要包括离子发生、离子加速、离子束聚焦和离子束轰击等几个步骤。
首先，离子源产生离子，然后通过加速器对离子进行加速，接着利用聚焦系统对离子束进行聚焦，最后离子束轰击到材料表面。
在这个过程中，离子束对材料表面产生化学反应和物理作用，从而实现对材料表面的加工和改性。
离子束技术的加工原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质。
离子轰击可以使材料表面发生化学反应，形成新的化合物；也可以改变材料表面的结构，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；还可以在材料表面形成纳米结构，实现纳米加工。
因此，离子束技术可以实现对材料表面的精细加工和纳米加工，具有很大的应用潜力。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质。
离子轰击可以使材料表面发生化学反应，形成新的化合物；也可以改变材料表面的结构，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；还可以在材料表面形成纳米结构，实现纳米加工。
因此，离子束技术可以实现对材料表面的精细加工和纳米加工，具有很大的应用潜力。
总之，离子束技术是一种高新技术，具有精度高、加工速度快、对材料损伤小等优点，因此在微加工、纳米加工、表面改性等领域有着广泛的应用前景。
离子束技术的原理是利用离子束对材料表面进行轰击，从而改变材料表面的化学、物理性质，实现材料的加工和改性。
希望通过对离子束技术原理的了解，能够更好地推动离子束技术的发展和应用。
双束聚焦离子束工作原理及在微电子领域运用研究
双束聚焦离子束工作原理及在微电子领域运用研究摘要：双束聚焦离子束系统被广泛应用在微电子领域，能有效地利用系统，提升微电子行业的发展质量与水平。
此外，由于电器内部结构愈发复杂，因此对芯片技术判断、失效分析、加工维修等工作的标准要求逐渐增加，而运用FIB双输系统则可以加大分析质量和效率。
现阶段该系统已经被普遍使用，其主要原因是由于该系统可以在高能离子束的基础上，综合电子束的优势，且利用此种技术的形式进行加工和管理可有效增强生产质量。
鉴于此情况，本文将重点围绕双束聚焦离子束工作原理及在微电子领域的应用进行研究，并结合本人工作经历对其工作原理和应用方式进行深入阐述，进而为我国微电子行业的可持续发展奠定良好的基础。
关键词：双束聚焦离子束；微电子；系统发展引言：目前，随着我国经济水平的不断提升，集成电路芯片的加工技术也在不断加强，而双束聚焦离子束更是能提升对芯片的加工和分析能力，规避传统加工形式的一些不足。
此外双束聚焦离子束可有效减少观察时对产品的影响，这也进一步提升了微加工和分析的综合水平。
由此可见围绕双束聚焦离子束工作原理及在微电子领域运用进行分析，对于我国相关行业的进步至关重要。
一、双束聚焦离子束工作原理以及组成聚焦离子束（Focused ion beam，FIB）是一种运用相关装置进行聚焦，并利用其检查样品情况进行深入加工、处理、分析的一种现代化综合系统。
而双束聚焦离子束更是结合了传统聚焦与电子扫描的多种优势，可以高效的对样品进行加工和分析，既能够提升系统的检查质量还能够降低对生产样品的影响，有效地增强系统应用的整体水平。
在具体应用过程中，要求相关人员将设备与样品垂直放置，且需调整离子束与样本之间的角度，使其形成规定度数的夹角，进而利用离子束对样品进行加工处理，例如剖面、蚀刻等。
本人现于上海聚跃检测技术有限公司负责公司精密芯片测试设备的软硬件安装调试以及精密测试设备的销售和售后服务，曾在2020年负责北京塞莱克斯精密设备双束聚焦离子束的安装调试和软件的升级工作以及华为中国区精密设备聚焦离子束的软硬件的安装、维修、调试工作。
现代加工技术第7章 电子束离子束加工
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
II 加工型孔或特殊外表
切割复杂型面，切口宽度6~3 μm ，边 缘粗糙度可控制在±0.5μm ；
不仅可以加工直孔也可以加工弯孔和 立体曲面；
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
III 刻蚀
在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，利用电 子束对陶瓷或半导体材料可出许多微细沟槽和孔 ； 制版；
ii 蚀刻加工时，对离子入射能量、束流大小、离子 入射到工件上的角度以及工作室气压等分别控制；
iii 氩气离子蚀刻效率取决于离子能量和入射角度；
入射能量增大蚀刻效率增加；
入射角度增加蚀刻效率增加，但角度过大使有效束流减 小，40º~60º效率最高；
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7.2.离子束加工
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7.1.电子束加工
3 电子束加工的应用
IV 焊接
当高能量密度的电子束轰击焊件外表时，使焊件接头处 的金属熔融，在电子束不断轰击下，形成一个被熔融金 属环绕的毛细管状的蒸气管，如果焊件按一定速度沿接 缝与电子束作相对运动，那么接缝上的蒸气管由于电子 束的离开而重新凝固，形成焊缝 ； 焊接速度快，焊缝窄、强度好，热影响区小，变形小； 可以焊接难熔金属和化学活性高的金属； 可以焊接不同材料；
Pag.离子束加工
2 离子束加工装置
I 离子源
i 考夫曼型离子源；
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7.2.离子束加工
2 离子束加工装置
I 离子源
ii 双等离子体型离子源；
特种加工论文-电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用
电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用一、电子束加工和离子束技术的原理及其比较1、电子束加工的原理电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（106~109w/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。
下面特殊介绍一下快速扫描电子束加工技术原理，通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。
由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。
由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。
总的来说，电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105～109w/cm2）的电子束。
当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。
由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。
电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。
先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。
电子束加工机的功率根据用途不同而有所不同，一般为几千瓦至几十千瓦。
2、离子束技术的原理离子束加工技术是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。
激光、电子束、离子束三束区别
电子束、离子束、激光束是表面工程领域内的三大载体，号称三束改性。
都具有高能量密度特性。
顾名思义电子束加工是以激发电子作为载体，离子束则以离子。
离子束加工是一种元素注入过程，具有辐照损伤、喷丸作用、表面压缩、形成表面非晶态，形成弥散化合物质点等效应，而电子束与激光束的主要作用在高能量，没有辐照、表面压缩等特性。
电子束、离子束、激光束是表面工程领域内的三大载体，号称三束改性。
都具有高能量密度特性。
顾名思义电子束加工是以激发电子作为载体，离子束则以离子。
离子束加工是一种元素注入过程，具有辐照损伤、喷丸作用、表面压缩、形成表面非晶态，形成弥散化合物质点等效应，而电子束与激光束的主要作用在高能量，没有辐照、表面压缩等特性电子束聚焦点最细最深，激光束次之，离子束最粗。
电子束聚焦直径（打孔）最小可以小于1um。
电子束由电子组成，而离子束一般由金属粒子组成，本质的原理是一样的。
都有溅射作用，对样品损伤也没一定的规律。
但对于石英材料来讲，损伤很明显。
电子束不会造成成分污染，但离子束会，相当于离子注入。
3.加工特点：电子束：（1）.束径小、能量密度高；（2）.非接触加工，加工过程中工具与加工工件之间不存在明显的机械切削力，不产生宏观应力和变形；（3）.被加工对象范围广；（4）.电子束能量高，加工速度快、效率高；（5）.电子束加工需要一套专用设备和真空系统，价格昂贵。
离子束：（1）.加工精度和表面质量高；（2）.加工材料广泛；（3）.加工方法丰富；（4）.性能好，易于实现自动化；（5）.应用范围广泛，可根据加工要求选择。
激光束：（1）.加工精度高；（2）.加工材料范围广；（3）.加工性能好；（4）.加工速度快、效率高；（5）.价格昂贵加工方法：电子束;（1）.电子束扫描曝光；（2）.电子束投影曝光；（3）.电子束表面改性。
离子束：（1）.离子束溅射去除加工；（2）.离子束溅射镀膜加工；（3）.离子束注入加工；（4）.离子束曝光加工。
电子行业电子束和离子束加工
电子行业电子束和离子束加工简介在电子行业中，电子束和离子束加工是两种常用的微细加工技术。
它们利用高能电子束和离子束对材料进行加工，具有高精度、高效率和非接触等特点，在电子器件制造、表面改性和纳米加工等领域有广泛应用。
电子束加工基本原理电子束加工利用高速运动的电子束对材料表面进行加工。
通过控制电子束的能量和聚焦方式，可以实现在纳米到微米级别的精确加工。
其基本原理如下：•加速电子：采用电子枪将电子加速到较高能量，通常在几十千伏至几百千伏之间。
•焦点控制：利用一系列电场和磁场聚焦系统，将电子束聚焦到较小的直径，达到高分辨率的效果。
•扫描加工：通过控制电子束的位置和扫描速度，实现对材料表面的精确加工。
应用领域电子束加工在电子行业中有广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.纳米微型器件加工：电子束加工可用于制造微型电子器件，如纳米线、纳米晶体管和MEMS器件等。
2.光刻：电子束激光刻蚀技术是集成电路制造中常用的工艺之一。
3.表面改性：通过控制电子束的能量和扫描方式，可以实现对材料表面的纹理、硬度和导电性等物理性质的改变。
4.纳米加工：电子束可以直接对纳米颗粒进行加工，制备纳米材料和纳米结构。
离子束加工基本原理离子束加工利用高能离子束对材料进行加工。
与电子束加工相比，离子束加工具有更高的穿透能力和更大的功率密度，可以实现更深入和更精确的加工效果。
其基本原理如下：•加速离子：采用离子源将离子加速到高能量，通常在几百电子伏至几千电子伏之间。
•焦点控制：通过控制电场和磁场分别作用的方式，实现对离子束的聚焦控制。
•碰撞损伤：高速离子束与材料表面相碰撞，产生碰撞损伤和表面变化。
应用领域离子束加工在电子行业中也有广泛的应用，主要应用于以下领域：1.纳米加工：离子束加工可用于纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜的制备。
2.材料改性：通过离子束的碰撞和改变材料表面的结构，可以实现材料的硬化、改变导电性和抗腐蚀等性能。
3.表面涂层：离子束沉积技术可以实现对材料表面的镀膜、涂层和纳米颗粒的制备。
聚焦离子束工作原理
聚焦离子束工作原理离子束技术是一门现代物理学，在各领域中都得到了广泛应用。
这种技术利用带电粒子束对材料进行加工、研究、分析和探测。
离子束在微电子、材料科学和生物医学等领域具有重要应用。
在这篇文章中，我们将聚焦于离子束技术的工作原理。
一、离子束的生成离子束的生成可以通过多种方式，例如在离子源中制造离子，通过加速器给离子加速，最终从终端加速器中产生具有高能量的离子束流。
在实践中，离子源可分为固体、气体和液体离子源。
靶材料也通常是不同的材料，如金属、半导体、聚合物等。
离子源的类型和靶材料的选择是基于具体应用中需要用到的特性。
气体离子源通常用于表面清洁或精细制造过程中。
而固体离子源则可以用于深刻刻蚀、修饰、离子注入和材料分析等应用。
液体离子源则常用于涂覆和沉积工艺中。
二、离子束的加速和聚焦离子束流从源中产生后，会通过加速器进行加速和聚焦。
加速器通常由电场和磁场组成，使用电场加速。
强磁场聚焦离子束并将其引导进物质中。
离子束的加速和聚焦是任何离子束技术的关键步骤。
离子束技术可用于各种不同的应用，包括：微电子学、光刻、生物技术、材料科学、物理学和化学等领域。
微电子学和光刻是离子束技术最重要的应用之一。
其他应用包括加工光学器件和制造微纳米加工，对生物样品进行注射和离子轰击、研究材料分析和合成、以及用于撞击考古学等等。
离子束加工技术可以在微米和纳米尺度下进行高效加工，因此这种技术被广泛应用于光刻制造电子、光学和生物医学设备中，这种技术还可用于制造超薄薄膜和立体结构。
离子束治疗是一种有效的癌症治疗方法。
这种技术利用带电离子束的高能量，可以瞬间击穿肿瘤细胞并破坏其基因和DNA，从而杀死癌细胞。
四、离子束技术未来的展望随着LTE线性加速器、外源等离子体源技术的不断改进和发展，离子束技术将在未来发挥更加重要的作用。
离子束技术未来将更多地应用于材料、物理和生物医学等各个领域，逐步取代传统的机械加工和化学加工等技术。
在科技领域迅速发展的今天，离子束技术将继续呈现出更强大和可预见的发展趋势，成为人类创新的重要推动力量。
离子束工作原理
离子束工作原理离子束是由高速带电粒子组成的束流。
离子束技术是一种重要的材料表面处理和分析技术，广泛应用于微电子、光学、材料科学等领域。
离子束工作原理涉及到离子源、加速器、聚焦系统和靶材四个方面。
1. 离子源离子源是产生离子束的关键部件，它能够将原子或分子转化为带电的离子。
常见的离子源有热阴极电离源和场致发射源。
•热阴极电离源：通过加热阴极使其发射电子，然后利用电场将这些电子加速到阳极上，碰撞并电离气体分子产生离子。
热阴极电离源简单易用，但有一定限制。
•场致发射源：利用金属针尖与阳极之间的高强度电场，在针尖附近形成强烈的局部场，使附近的气体分子发生场致发射而产生离子。
2. 加速器加速器用于将产生的离子加速到所需的能量。
常用的加速器有直线加速器和环形加速器。
•直线加速器：离子经过一个个加速电极，电极上的高频交变电压使离子在电场中不断加速，最终达到所需的能量。
直线加速器结构简单，适合低能离子束。
•环形加速器：离子在环形轨道上不断受到交变电场的作用，逐渐增加能量。
环形加速器可以提供更高的能量和更稳定的束流。
3. 聚焦系统聚焦系统用于将离子束聚焦成较小直径，以提高束流的质量。
常见的聚焦系统有磁透镜和电透镜。
•磁透镜：利用磁场对带电粒子进行聚焦。
通过调节磁场强度和方向，可以将离子束聚焦成较小直径。
•电透镜：利用电场对带电粒子进行聚焦。
通过调节电场强度和方向，可以将离子束聚焦成较小直径。
4. 靶材靶材是离子束作用的对象，可以是固体、液体或气体。
离子束与靶材相互作用，产生一系列效应。
•表面改性：离子束轰击靶材表面，使其发生物理或化学变化。
可以形成微观结构、改变表面性质，如提高硬度、降低摩擦系数等。
•深层改性：离子束能够穿透靶材表面，对其深层进行改性。
可以改变材料的晶体结构、物理和化学性质。
•分析检测：离子束可以用于对靶材进行分析和检测，如质谱分析、表面成分分析等。
离子束工作原理总结离子束工作原理涉及离子源、加速器、聚焦系统和靶材四个方面。
电子束和离子束加工ppt课件
注入表面元素的均匀性好，纯度高，其注入的粒量及深度可控制， 但设备费用大、成本高、生产率较低。
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3、特点
加工精度高。离子束加工是目前最精密、最微细的加 工工艺。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制 在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地 控制。
（2）真空系统
保证电子加工时所需要
的真空度。一般电子束加工
的 的 真 空 度 维 持 在 1.33×102~ 1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦
控制、束流位置控制、束流 强度控制以及工作台位移控 制。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
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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电子束刻蚀
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（5）电子束表面改性 特点：
A）快速加热淬火，可得到超微细组织，提高材料的 强韧性； B）处理过程在真空中进行，减少了氧化等影响，可 以获得纯净的表面强化层； C）电子束功率参数可控，可以控制材料表面改性的 位置、深度和性能指标。
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应用：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆 和制造表面非晶态层。经表面改性的表层一般具有较 高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。
电子束表面改性技术分类
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离子束加工
1、加工原理
在真空条件下，将 离子源产生的离子束经 过加速、聚焦后投射到 工件表面。由于离子带 正电荷，其质量数比电 子大数千倍甚至上万倍， 它撞击工件时具有很大 撞击动能，通过微观的 机械撞击作用从而实现 对工件的加工。
特种加工12第五六章激光加工与电子束离子束加工
青
x射线
050
紫外线 红外线
绿
10-7 10-6 0.57
0.60
黄
微波
0.63
橙
红
无线电波
104 0.76
电磁波波谱图
可见光波谱图
原子的发光
原子的激发、跃迁 基态时原子可长时间存在，激发
态时原子停留时间很短。 有些原子在某些能级上停留时间
较长，这些能级称为亚稳态能级 亚稳态能级的存在是形成激光的
3 激光加工的原理和特点
激光加工的原理
经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度， 光能转化为热能，靠光热效应来加工的。
激光加工的特点
1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为 热能，几乎可以熔化任何材料。
2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可 调，可以用于精密微细加工。
3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的 机械力。加工速度快、热影响区小，容易实 现自动化
2 激光的特性
激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉 等等）
普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序 的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方 向、相位和偏振状态都不同。
激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发 射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振 状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单 色性好、相干性好和方向性好。
4、离子注入： 5-500KeV离子束 垂直轰击工件，离子注 入表层，改变表层性质。
考夫曼型离子源
1—真空抽气口 2—灯丝 3—惰性气体注入口 4—电磁线圈 5—离子束流
6—工件 7—阴极 8—引出电极 9—阳极 10— 电离室
2、离子束加工应用
1）刻蚀加工； 2）镀膜加工； 3）离子注入加工。
特种加工论文-电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用
电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用一、电子束加工和离子束技术的原理及其比较1、电子束加工的原理电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（106~109w/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。
下面特殊介绍一下快速扫描电子束加工技术原理，通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。
由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。
由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。
总的来说，电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105～109w/cm2）的电子束。
当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。
由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。
电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。
先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。
电子束加工机的功率根据用途不同而有所不同，一般为几千瓦至几十千瓦。
2、离子束技术的原理离子束加工技术是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。
离子束加工
2离子溅射沉积
第六章 电子束和离子束加工
采用能量为0.1～5keV的氩离子轰击某种材料制成的靶材，将 靶材原子击出并令其沉积到工件表面上并形成一层薄膜。 实际上此法为一种镀膜工艺。
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第六章 电子束和离子束加工 3）离子镀膜
离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还有高速 中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可达10～ 20MPa）， 此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度快，目前已获得广泛应 用。
第六章 电子束和离子束加工
（三）刻蚀 在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，可利用 电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔来， 如在硅片上刻出宽2.5微米、深0.25微米的细槽，在混 合电路电阻的金属镀层上刻出40 微米宽的线条。
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第六章 电子束和离子束加工
（四）焊接
电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。由 于电子束的能量密度高，焊接速度快，所以电子束焊 接的焊缝深而窄，热影响区小，变形小。电子束焊接 一般不用焊条，焊接过程在真空中进行，因此焊缝化 学成分纯净，焊接接头的强度往往高于母材。 电子 束焊接可以焊接难熔金属如钽、铌、钼等，也可焊接 钛、锆、铀等化学性能活泼的金属。它可焊接很薄工 件，也可焊接几百毫米厚的工件。 电子束焊接还能 完成一般焊接方法难以实现的异种金属焊接。如铜和 不锈钢的焊接，钢和硬质合金的焊接，
行电子束光刻加工。
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第六章 电子束和离子束加工
（二）电子束加工特点 (1) 可进行微细加工。
(2) 非接触式加工。
(3) 电子束的能量密度高，加工效率高。
（4） 整个加工过程便于实现自动化。
(5)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
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电子束/离子束系统的工作原理
一、电子束工作原理
利用聚集后能量密度较高（106~109（W/cm）2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在短时间内（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部溶化和气化，被真空系统抽走。
二、电子束加工特点
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／ｃｍ２，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，因而生产应用有一定局限性。
三、电子束加工的应用
１.打孔：提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化。
２.焊接：使材料局部熔化就可以进行电子束焊接。
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。
４.电子束刻蚀加工：利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。
５.电子束表面改性：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆和制造表面非晶态层。
经表面改性的表层一般具有较高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。
四、离子束加工原理：
与电子束加工原理基本相同，但是也存在不同。
比如：离子带正电荷，其质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加
至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。
即：电子束加工是靠电能转化为热能进行加工的；离子束加工是靠电能转化为动能进行加工的
五、离子束加工的分类
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。
分以下四类：
（1）离子刻蚀：采用能量为0.1～5keV、直径为十分之几纳米的的氩离子轰击工件表面；本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削。
（2）离子溅射沉积：采用能量为0.1～5keV的氩离子轰击某种材料制成的靶材，将靶材原子击出并令其沉积到工件表面上并形成一层薄膜。
实际上此法为一种镀膜工艺。
（3）离子镀膜：离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还有高速中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可达10～20MPa）。
（4）离子注入：用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子能量相当大，可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其表面层的化学成分，从而改变工件表面层的机械物理性能
六、离子束加工特点
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。
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。
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。
七、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。