离子束加工技术

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1、离子束加工技术1离子束溅射技术的发展离子束溅射沉积干涉反射膜的进展可总结为[2]:*1976年之前，一般干涉反射膜反射率沁99%;*1976年离子朿溅射干涉膜（淀积技术突破），反射率佑99.9%;*1979年离子束溅射干涉膜（测量技术突破），反射率於99.99%;*1983年离子束溅射干涉膜损耗降到60ppm，反射率於99.994%；*1988年离子束溅射干涉膜损耗降到lOppm以下，反射率於99.999%;*1992年离子束溅射干涉膜损耗降到1.6ppm，反射率於99.99984%;*1997年离子朿溅射干涉膜用于ICF三倍频激光反射镜实验，351nm波长激光（脉冲）损伤阈值达2

2、0J/cm2;*1998年离了束溅射千涉膜用于ICF基频激光反射镜实验，得到了1060nm波长激光（脉冲）损伤阈值达50J/cm2，吸收损耗小于6ppm的实验结果。在国内，对离子朿溅射技术的研究非常少，在很多领域几乎接近于空白，根据国家和吋代的需要，这项技术的研究在同内变得尤为迫切。2离子束溅射技术的原理和特征2.1离子束溅射技术在比较低的气压T，从离子源取出的氩离子以一定角度对靶材进行轰击，由于轰击离子的能量大约为IkeV，对靶材的穿透深度可忽略不计，级联碰撞只发生在靶材几个原子厚度的表面层中，大量的原子逃离靶材表面，成为溅射粒了•，其再宥的能量大约为10cV的数量级。由于真空室

3、内具有比较少的背景气体分子，溅射粒子的自由程很大，这些粒子以直线轨迹到达基板并沉积在上面形成薄膜。由于大多数溅射粒子具有的能量只能渗入并使薄膜致密，而没冇足够的能量使其他粒子移位，造成薄膜的破坏；并且由于低的背景气压，薄膜的污染也很低；而且，冷的基板也阻止了由热激发导致晶粒的生长在薄膜内的扩散。因此，在基板上可以获得致密的无定形膜层。在成膜的过程屮，特别是那些能量高于10eV的溅射粒子，能够渗入几个原子量级的膜M从而提高了薄膜的附着力，并且在高低折射率M之间形成了很小梯度的过度层。有的轰击离子从靶材获得了电子而成为中性粒子或多或少的被弹性反射，然后，它们以几百电子伏的能量撞击薄膜，

4、高能屮性粒子的微景喷射可以进一步使薄膜致密而且也增强了薄膜的内应力2.2双离子束溅射技术对于大多数光学应用，主离子源和上面描述的单个离子源的功能相同，辅助离子源宥卜*面描述的补充功能：(1)基片的清洗和修整(2)吸收的改善和薄膜的修整(3)化学计量比的调整3应用前景目前，离子束溅射技术的应用领域不断地被拓宽，并且应用的光谱波段也早已从可见光拓宽到红外、紫外、X射线等范围。到1992年,国外已运用离子朿溅射技术获得了反射率接近六个九的超低损耗高反射激光镜。离子朿溅射技术在光纤、计算机、通信、纳米技术、新材料、集成光学等领域也即将发挥其强大的作用。尤其信息时代的到来，光纤通讯发挥了越来

5、越大的作用，对于光纤通信容量的要求也越来越大，其中关键的器件就是波分复用器，而离子束溅射技术正是研制、开发波分复用器的优选技术方案。可见，离子束溅射技术在将来一定宥着更加广阔的应用前景，引起人们的更加重视。4离子束刻蚀工艺离子束刻蚀技术的一个很重耍的物理参数是溅射率。它表征着每一个入射离子打出的原子数。刻蚀速率与离子束能量、朿流大小、离子朿轰击表面的入射角以及被加工材料的原子结构、晶向等许多因索有关。4.1不同材料的刻蚀速率由于离子束刻蚀装置中采用了中和灯丝，可屮和Ar+离子的正电荷，使正离子朿变成屮性束。以这种高能的中性束轰击被刻蚀基片而实现刻蚀加工，所以对材料无选择性，金属非金

6、属均可刻蚀。只是不同材料的刻蚀速率不一样。表1儿种常用材料的刻蚀速率材料名称AuPtWSiSiO2刻蚀速率/nm•min-166.033.016.016.010.04.2离子能量对刻蚀速率的影响刻蚀速率直接与轰击基片的离子能量有关。随着电压的增加，离子能量增加，刻蚀速率增加。4.3束流大小对刻蚀速率的影响随束流增加刻蚀速率增加。4.4离子束刻蚀的其它应用对化学研磨、电介研磨难以减薄的材料的减薄。具有微分分析样品的能力，并适应进行精密加工。5离子束抛光的基本原理将导电的工件放在密闭环境屮加负偏压，在高真空环境下通入一定量的惰性气体（如氩气），并使其进行电离生成带正电荷的离子。带正电荷

7、的离子在电场作用下加速运动，并近似沿零件表面的法向方向轰击零件，将零件表面的原子碰摘出去从而实现零件表面的微量去除，达到提高零件表面形状精度的目的。设带正电荷离子的电荷量为q，质量为m，初速度为零，所处电场的强度为E，则其加速度a:a=q•E显然，.1卜:离子的飞行时间越长，轰击零件表面时的速度就越高，传递给零件原子的动能也越大，相应的去除量就大。6离子束抛光工艺过程光学设计，计算近似而，光学车间加工，测出矩阵误差，确定离子束的位置和停留时间，离子束加工，完成光学零件