离子束加工技术优化方法探究

1.离子束加工原理

离子束加工原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，把氩（Ar）、氪（Kr）、疝（Xr）等惰性气体，通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。所不同的是离子的质量比电子的质量大千万倍。例如：最小的氢离子，其质量是电子质量的1 840倍；氩离子的质量是电子质量的7.2万倍。由于离子的质量大，故离子束加速轰击工件表面，比电子束具有更大的能量。

高速电子撞击工件材料时，因电子质量小，速度大，动能几乎全部转化为热能，使工件材料局部熔化、气化，通过热效应进行加工。而离子本身质量较大，速度较低，撞击工件材料时，将引起变形、分离、破坏等机械作用。例如加速到几十电子伏到几千电子伏时，主要用于离子溅射加工；如果加速到一万到几万电子伏，且离子入射方向与被加工表面成25°～30°时，离子可将工件表面的原子或分子撞击出去，以实现离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等；当加速到几十万电子伏或更高时，离子可穿过被加工材料内部，称为离子注入。

产生离子束的方法是将电离的气态元素注入电离室，利用电弧放电或电子轰击等方法，使气态原子电离为等离子体（即正离子数和负离子数相等的混合体）。用一个相对于等离子体为电极（吸极），从等离子体中吸出离子束流，再通过磁场作用或聚焦，形成密度很高的电离子束去轰击工件表面。根据离子束产生的方式和用途不同，产生离子束流的离子源有多种形式，常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源。

2.离子束加工的特点

①易于精确控制，由于离子束可以通过离子光学系统进行扫描，使微离子束可以聚焦到光斑直径1 μm以内进行加工，同时离子束流密度和离子的能量可以精确控制，因此能精确控制加工效果，如控制注入深度和浓度；抛光时可以一层层地把工件表面的原子抛掉，从而加工没有缺陷的光整表面。此外，借助于掩膜技术可以在半导体上刻出1 μm宽的沟槽。(www.xing528.com)

②加工所产生的污染少，由于加工是在较高的真空中进行，离子的纯度比较高，因此特别适合于加工易氧化的金属、合金和半导体材料等。

③加工应力小、变形小。

3.离子束加工的应用

离子束加工是靠离子撞击工件表面的原子而实现的。这是一种微观作用，其宏观作用小，所以对脆性、半导体和高分子等材料都可以加工。