第八 离子束加工
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如果将工件放置在靶材附近，靶材原子就会溅射到工件表面而被溅射沉积吸附， 使工件表面镀上一层靶材原子的薄膜。 2)注入效应：
如果离子能量足够大并垂直工件表面撞击时，离子就会钻进工件表面，这就是 离子的注入效应。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒉离子束加工分类 离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类：
与电子束相比： 1)相同点： ①在真空条件中进行 ②粒子束加工 2)不同点： ①带正电荷的离子。 质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2 万倍。 ②靠微观的机械撞击能量来加工的。 离子束比电子束具有更大的撞击动能。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⑵离子束加工的物理基础： 离子束射到材料表面时所发生的 撞击效应 溅射效应 注入效应
第二节 离子束加工装置
①考夫曼型离子源：
图6-9为考夫曼型离子源示 意图，它由灼热的灯丝2发射 电子，在阳极9的作用下向下 方移动，同时受线圈4磁场的 偏转作用，作螺旋运动前进。 惰性气体氩在注入口3注入电 离室10，在电子的撞击下被 电离成等离子体，阳极9和引 出电极(吸极)8上各有300个 直径为φ0.3mm的小孔，上下 位置对齐。在引出电极8的作 用下，将离子吸出，形成300 条准直的离子束，再向下则 均匀分布在直径为声5㎝的圆 面。
⑷离子束加工设备费用贵、成本高，加工效率 低，应用范围受到一定限制。
第二节 离子束加工装置
⒈离子束加工装置： 离子源、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 ⑴离子源 ⑵真空系统 ⑶控制系统和电源 与电子束加工装置类似。主要的不同部分是离子源系统。
第二节 离子束加工装置
⒉离子源： ⑴离子源的作用：
第二节 离子束加工装置
②双等离子体型离子源：
如图6-10所示的双等离子体 型离子源是利用阴极和阳极之 间低气压直流电弧放电，将氪 或氙等惰性气体在阳极小孔上 方的低真空中(0.1—0.01Pa)等 离子体化。中间电极的电位一 般比阳极电位低，它和阳极都 用软铁制成，因此在这两个电 极之间形成很强的轴向磁场， 使电弧放电局限在这中间，在 阳极小孔附近产生强聚焦高密 度的等离子体。引出电极将正 离子导向阳极小孔以下的高真 空区(1.33×10-5—1.33×106Pa)，再通过静电透镜形成密 度很高的离子束去轰击工件表 面。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒈离子束加工的原理和物理基础 ⒉离子束加工分类 ⒊离子束加工的特点
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒈离子束加工的原理和物理基础 ： ⑴离子束加工的原理： 离子束加工的原理是在真空条件下，将离子源产生的离子束 经过加速聚焦，使之撞击到工件表面，靠微观的机械撞击 能量来加工的。
第三节 离子束加工的应用
⒈离子刻蚀加工： 用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工；
⒉离子镀膜加工： 用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工；
⒊离子注入加工： 用于表面改性的离子注入加工。
第三节 离子束加工的应用
⒈刻蚀加工 离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。当离子
束轰击工件，入射离子的动量传递到工件表面的原子，传递能量 超过了原子间的键合力时，原子就从工件表面撞击溅射出来，达 到刻蚀的目的。
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第一节 离子束加工原理、分类和特点
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒊离子束加工的特点
⑴离子束加工是所有特种加工方法中最精密、 最微细的加工方法，是纳米加工技术的基础。
⑵污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金 材料和高纯度半导体材料的加工。
⑶加工应力、热变形等极小，加工质量高，适 合于对各种材料和低刚度零件的加工。
1)离子的撞击效应和溅射效应： 具有一定动能的离子斜射到工件材料(或靶材)表面时，可以将表面的原子撞击出 来，这就是离子的撞击效应和溅射效应。 离子刻蚀(离子铣削) 、离子溅射沉积和离子镀 ①离子刻蚀(离子铣削) ： 如果将工件直接作为离子轰击的靶材，工件表面就会受到离子刻蚀(也称离子 铣削)。 ②离子溅射沉积和离子镀 ：
第三节 离子束加工的应用
第三节 离子束加工的应用
第三节 离子束加工的应用
⑴加工参数控制： ①对离子入射能量 束流大小 离子入射到工件上的角度 工作室气压等 都能分别调节控制。 根据不同加工需要选择参数，用氩离子轰击被加工表面时， ②其效率取决于 离子能量 入射角度。 离子能量从lOOeV增加到1000eV时，刻蚀率随能量增加而迅速增加，
⑴离子刻蚀 ⑵离子溅射沉积 ⑶离子镀 ⑷离子注入 1)离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀：
利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀。 2)离子注入：
利用注入效应的离子注入。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⑴离子刻蚀： 用能量为0.5-5keV的氩离子倾斜轰击工件，将工件表面的原子逐个剥离。 如图6-8a所示。其实质是一种原子尺度的切削加工，所以又称离子铣削。 这就是近代发展起来的毫微米（纳米）加工工艺。 ⑵离子溅射沉积： 采用能量为0.5-5keV的氩离子，倾斜轰击某种材料制成的靶，离子将靶 材原子击出，垂直沉积在靶材附近的工件上，使工件表面镀上一层薄膜。 如图6-8b所示，溅射沉积是一种镀膜工艺。 ⑶离子镀(离子溅射辅助沉积) ： 用0.5-5keV的氩离子，同时轰击靶材和工件表面。 如图6-8c所示。轰击工件表面的目的是为了增强膜材与工件基材之间的 结合力。也可将靶材高温蒸发，同时进行离子撞击镀膜。 ⑷离子注入： 采用5—500keV较高能量的离子束，直接垂直轰击被加工材料，离子就钻 进被加工材料的表面层，使工件表面层含有注入离子后，就改变了化学成 分，从而改变了工件表面层的机械物理和化学性能。 如图6-8d所示。根据不同的目的选用不同的注入离子，如磷、硼、碳、 氮等。
用以产生离子束流。 ⑵离子束流产生的基本原理和方法：
①离子束流产生的基本原理： 使原子电离。 ②离子束流产生的方法： 把要电离的气态原子(如氩等惰性气体或金属蒸气)注入电离室，经 高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击，使气态原子电离 为等离子体(即正离子数和负电子数相等的混合体)。用一个相对于 等离子体为负电位的电极(吸极)，就可从等离子体中引出正离子束 流。 ⑶离子源的型式： 根据离子束产生的方式和用途的不同，离子源有很多型式，常用的有： ①考夫曼型离子源 ②双等离子管型离子源
如果离子能量足够大并垂直工件表面撞击时，离子就会钻进工件表面，这就是 离子的注入效应。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒉离子束加工分类 离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类：
与电子束相比： 1)相同点： ①在真空条件中进行 ②粒子束加工 2)不同点： ①带正电荷的离子。 质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2 万倍。 ②靠微观的机械撞击能量来加工的。 离子束比电子束具有更大的撞击动能。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⑵离子束加工的物理基础： 离子束射到材料表面时所发生的 撞击效应 溅射效应 注入效应
第二节 离子束加工装置
①考夫曼型离子源：
图6-9为考夫曼型离子源示 意图，它由灼热的灯丝2发射 电子，在阳极9的作用下向下 方移动，同时受线圈4磁场的 偏转作用，作螺旋运动前进。 惰性气体氩在注入口3注入电 离室10，在电子的撞击下被 电离成等离子体，阳极9和引 出电极(吸极)8上各有300个 直径为φ0.3mm的小孔，上下 位置对齐。在引出电极8的作 用下，将离子吸出，形成300 条准直的离子束，再向下则 均匀分布在直径为声5㎝的圆 面。
⑷离子束加工设备费用贵、成本高，加工效率 低，应用范围受到一定限制。
第二节 离子束加工装置
⒈离子束加工装置： 离子源、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 ⑴离子源 ⑵真空系统 ⑶控制系统和电源 与电子束加工装置类似。主要的不同部分是离子源系统。
第二节 离子束加工装置
⒉离子源： ⑴离子源的作用：
第二节 离子束加工装置
②双等离子体型离子源：
如图6-10所示的双等离子体 型离子源是利用阴极和阳极之 间低气压直流电弧放电，将氪 或氙等惰性气体在阳极小孔上 方的低真空中(0.1—0.01Pa)等 离子体化。中间电极的电位一 般比阳极电位低，它和阳极都 用软铁制成，因此在这两个电 极之间形成很强的轴向磁场， 使电弧放电局限在这中间，在 阳极小孔附近产生强聚焦高密 度的等离子体。引出电极将正 离子导向阳极小孔以下的高真 空区(1.33×10-5—1.33×106Pa)，再通过静电透镜形成密 度很高的离子束去轰击工件表 面。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒈离子束加工的原理和物理基础 ⒉离子束加工分类 ⒊离子束加工的特点
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒈离子束加工的原理和物理基础 ： ⑴离子束加工的原理： 离子束加工的原理是在真空条件下，将离子源产生的离子束 经过加速聚焦，使之撞击到工件表面，靠微观的机械撞击 能量来加工的。
第三节 离子束加工的应用
⒈离子刻蚀加工： 用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工；
⒉离子镀膜加工： 用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工；
⒊离子注入加工： 用于表面改性的离子注入加工。
第三节 离子束加工的应用
⒈刻蚀加工 离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。当离子
束轰击工件，入射离子的动量传递到工件表面的原子，传递能量 超过了原子间的键合力时，原子就从工件表面撞击溅射出来，达 到刻蚀的目的。
源自文库
第一节 离子束加工原理、分类和特点
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⒊离子束加工的特点
⑴离子束加工是所有特种加工方法中最精密、 最微细的加工方法，是纳米加工技术的基础。
⑵污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金 材料和高纯度半导体材料的加工。
⑶加工应力、热变形等极小，加工质量高，适 合于对各种材料和低刚度零件的加工。
1)离子的撞击效应和溅射效应： 具有一定动能的离子斜射到工件材料(或靶材)表面时，可以将表面的原子撞击出 来，这就是离子的撞击效应和溅射效应。 离子刻蚀(离子铣削) 、离子溅射沉积和离子镀 ①离子刻蚀(离子铣削) ： 如果将工件直接作为离子轰击的靶材，工件表面就会受到离子刻蚀(也称离子 铣削)。 ②离子溅射沉积和离子镀 ：
第三节 离子束加工的应用
第三节 离子束加工的应用
第三节 离子束加工的应用
⑴加工参数控制： ①对离子入射能量 束流大小 离子入射到工件上的角度 工作室气压等 都能分别调节控制。 根据不同加工需要选择参数，用氩离子轰击被加工表面时， ②其效率取决于 离子能量 入射角度。 离子能量从lOOeV增加到1000eV时，刻蚀率随能量增加而迅速增加，
⑴离子刻蚀 ⑵离子溅射沉积 ⑶离子镀 ⑷离子注入 1)离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀：
利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀。 2)离子注入：
利用注入效应的离子注入。
第一节 离子束加工原理、分类和特点
⑴离子刻蚀： 用能量为0.5-5keV的氩离子倾斜轰击工件，将工件表面的原子逐个剥离。 如图6-8a所示。其实质是一种原子尺度的切削加工，所以又称离子铣削。 这就是近代发展起来的毫微米（纳米）加工工艺。 ⑵离子溅射沉积： 采用能量为0.5-5keV的氩离子，倾斜轰击某种材料制成的靶，离子将靶 材原子击出，垂直沉积在靶材附近的工件上，使工件表面镀上一层薄膜。 如图6-8b所示，溅射沉积是一种镀膜工艺。 ⑶离子镀(离子溅射辅助沉积) ： 用0.5-5keV的氩离子，同时轰击靶材和工件表面。 如图6-8c所示。轰击工件表面的目的是为了增强膜材与工件基材之间的 结合力。也可将靶材高温蒸发，同时进行离子撞击镀膜。 ⑷离子注入： 采用5—500keV较高能量的离子束，直接垂直轰击被加工材料，离子就钻 进被加工材料的表面层，使工件表面层含有注入离子后，就改变了化学成 分，从而改变了工件表面层的机械物理和化学性能。 如图6-8d所示。根据不同的目的选用不同的注入离子，如磷、硼、碳、 氮等。
用以产生离子束流。 ⑵离子束流产生的基本原理和方法：
①离子束流产生的基本原理： 使原子电离。 ②离子束流产生的方法： 把要电离的气态原子(如氩等惰性气体或金属蒸气)注入电离室，经 高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击，使气态原子电离 为等离子体(即正离子数和负电子数相等的混合体)。用一个相对于 等离子体为负电位的电极(吸极)，就可从等离子体中引出正离子束 流。 ⑶离子源的型式： 根据离子束产生的方式和用途的不同，离子源有很多型式，常用的有： ①考夫曼型离子源 ②双等离子管型离子源