离子束加工原理特点及其应用研究

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1、本科课程论文题目离子束加工原理特点及其应用研究学院专业机械设计制造及其自动化年级2012学号姓名指导教师成绩2014年12月10日目录1前言12离子束加工的原理23离子束加工的优缺点23.1离子束加工的优点23.1.1加工精度高23.1.2污染少、无氧化33.1.3对材料影响小33.2离子束加工的缺点34离子束加工的分类34.1离子蚀刻34.2离子溅射沉积34.3离子镀34.4离子注入45离子束加工的主要应用45.1刻蚀加工的定义及具体应用领域45.1.1刻蚀加工的定义45.1.2刻蚀加工的应用领域45.2离子镀膜加工的定

2、义及具体应用45.2.1离子镀膜加工的定义45.2.2离子镀膜加工的具体应用45.3离子注入加工的定义及具体应用56离子束加工应用现状57结语5参考文献6离子束加工原理特点及其应用研究摘要:本文分析离子束加工的原理特点，阐述了离子束加工作为加工精度最高的特种加工方法在微电子学领域中特别是纳米加工的重要性。离子束加工按照其所利用的物理效应和达到的目的不同，可以分为四类，即离子蚀刻、离子溅射沉积和离子镀，离子注入。离子束加工作为最近几年才发展起来的特种加工方法，极大的拓宽了人类对微细材料领域的探索；但是离子束加工的潜力还有待继

3、续挖掘；目前因为加工设备费用贵，成本搞，加工效率低，一些技术还处于研发阶段等问题，离子束加工还未能普及。但我们相信未来离子束加工必将被广泛应用，为人类发展带来更多的贡献。关键词：离子束加工原理分类现状1前言特种加工是现代先进制造工程技术中较为重要和实用的新技术之一，而且获得了较为广泛的应用，它是我国从制造大国过渡到制造强国的重要技术手段之一。经过最近十几年的迅猛发展，各种特种加工方法在生产中的应用日益广泛，无论是在国内还是国外电加工机床年产量的年平均增长率均打打高于金属切削机床的增长率。作为近年来获得较大发展的新兴特种加工

4、方式，离子加工极高的加工精度和加工质量在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到了较多的应用，比如亚微米加工和纳米加工技术。纳米科技作为一种极具潜力的前沿科技，其未来发展必定对人类生活有着极大的影响，而作为操作纳米级材料的手段，对离子束加工的研究也极具意义。本文就离子束加工的原理特点进行归纳总结，并详细阐述离子束加工的应用前景及未来发展趋势。62离子束加工的原理离子束加工技术是利用离子束对材料进行成形或改性的加工方法，其加工原理和电子束加工类似，也是在真空条件下进行，把先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满惰性气

5、体之电离室中，使低压惰性气体离子化。由负极引出阳离子又经加速、集束等步骤，最后射入工件表面，以达到加工处理的目的。 与电子束加工不同的是离子带正电荷，其质量比电子的质量大干万倍。由于离子质量较大，故在同样的电场中加速较慢，速度较低，然而一旦加速到较高速度，用离子束加速轰击工件表面，将比电子束具有更大的能量。电子束加工主要通过热效应来蚀除材料，而离子束加工，由于离子本身质量较大，撞击工件材料时，能引起材料的变形、分离、破坏等机械作用，从而达到去除材料的目的。　3离子束加工的优缺点3.1离子束加工的优点3.1.1加工精度高由于

6、离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束轰击材料是逐层去除原子，离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子蚀刻可以达到纳米级的加工精度。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以精6确地控制。因此，离子束加工是所有特种加工中最精密、最细微的加工方法，是当代纳米加工技术的基础。3.1.2污染少、无氧化由于离子束加是在高真空中进行的，所以污染少，特别适用于易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。3.1.3对材料影响小离子束加工是靠轰击材料表层原子来实现的。它是一种微观作用，宏观压力很小，故加工应力

7、、热变形等极小，加工质量高，适用于各种材料和低刚度零件的加工。3.2离子束加工的缺点离子束加工设备费用高，成本高，加工效率低，因此应用范围受到一定限制。4离子束加工的分类离子束加工按照其所利用的物理效应和达到的目的不同，可以分为四类，即利用离子撞击和溅射效应的离子蚀刻、离子溅射沉积和离子镀，以及利用离子注入效应的离子注入。4.1离子蚀刻离子蚀刻使用能量为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。、其实质是一种原子尺度的切削加工，所以又称离子铣削。4.2离子溅射沉积离子溅射沉积也是利用能量为0.5~5k

8、eV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。所以溅射沉积史一种镀膜工艺。4.3离子镀离子镀也称离子溅射辅助沉积么，也是利用能量为0.5~5keV的氩离子，不同的是镀膜是离子束同时轰击靶材和工件表面。目的是增强膜材与工件基材之间的结合力。