第六章 电子束与离子束加工课件.ppt

第六章 电子束与离子束加工 第六章 电子束与离子束加工 第一节 电子束加工 一、电子束加工原理和特点 1、原理 经电磁透镜聚焦的高能电子束流在真空条件下直接轰击工件表面，使加工区域材料熔化和气化从而实现加工 2、特点 1）电子束加工属于精细加工 ； 2）加工范围广 ，加工质量好； 3）生产率高； 4）加工过程易于实现自动化； 5）适合加工易氧化金属和合金材料及纯度要求高的材料； 6）需专用设备和真空系统，价格昂贵。 二、电子束加工装置 组成： 电子枪 阴极、控制栅极、加速阳极、光栅、电源 真空系统 控制系统 电磁透镜、偏转线圈、工作台控制 电源 电子束运动轨迹 电子束在电磁透镜中受力 三、电子束加工应用 三、电子束加工应用 1、窄缝加工 三、电子束加工应用 2、曲面加工 三、电子束加工应用 3、刻蚀 三、电子束加工应用 4、焊接 三、电子束加工应用 5、电子束熔炼 电子束熔炼法发明于1907年﹐但直到50年代才用于熔炼难熔金属﹐后来又用于熔炼活泼金属(如Ti锭)和高级合金钢 电子束加热可使材料在真空中维持熔化状态并保持很长时间﹐实现材料的去气和杂质的选择性蒸发﹐可用来制备高纯材料。 电子束加热是电能转为热能的有效方式之一﹐大约有50％功率用于熔化和维持液化。 80年代已生产出600千瓦级的电子枪。如需更大功率﹐可用几支电子枪同时工作。利用电子束加热可铸造100吨的坯料 三、电子束加工应用 7、电子束曝光 是一种利用电子束辐射效应的加工方法 电子束光刻应用主要包括四个方面: 电子束扫描曝光；电子束直写；电子束图形发生器制作中间掩模版；电子束缩小投影曝光 电子束光刻技术的发展历程如下:1968年，日本电子公司研制成功第一台扫描电子束光刻机；1975年，美国贝尔公司开发出光栅扫描式电子光刻机；1978年日本电子公司研制出可变矩形束电子束光刻机；1979年，美国IBM公司首次进行了电子束缩小投影曝光实验；1995年，日本NTT公司采用电子束曝光技术首先研制出1GDRAM 第二节 离子束加工 一、离子束加工原理、分类及特点 （一）、原理 在真空下，离子源产生的粒子束经过加速聚焦，使之打到工件表面 离子：带正电荷、质量大 机械撞击能 （二）、离子束加工分类 按利用的物理效能和达到的目的分： 离子刻蚀 离子溅射沉积 离子镀 离子注入 1、离子刻蚀 用氩离子加速轰击攻坚，将工件原子逐个剥离，实现加工 2、离子溅射沉积 用离子轰击靶材，是靶材原子被击出，沉积并镀覆在工件表面上 3、离子镀 离子在轰击靶材的同时还轰击攻坚，是镀膜更加牢固 4、离子注入 用高能量粒子直接击入工件表面，令工件表面改性 （三）、离子束加工特点 1、最精密、最细微的加工方法-纳米级0.001?m； 2、适合加工易氧化金属和合金材料及纯度要求高的材料； 3、加工应力、热变形小，加工质量高，适合加工各种材料和低刚度零件加工； 4、加工设备贵，成本高，加工效率低。 二、离子束加工装置 与离子束加工装置类似：离子源、真空系统、控制系统和电源 不同：离子源系统 考夫曼型离子源 双等离子体型离子源 三、离子束加工的应用 1.蚀刻加工 2.离子束镀膜加工 1.蚀刻加工 加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好； 蚀刻高精度图形，如集成电路、光电器件和光集成器件等征电子学构件； 太阳能电池表面具有非反射纹理表面； 应用于减薄材料，制作穿透式电子显微镜试片。 2.离子束镀膜加工 分溅射沉积和离子镀两种形式。 可镀材料范围广泛，不论金属、非金属表面上均可镀制金属或非金属薄膜，各种合金、化合物、或某些合成材料、半导体材料、高熔点材料亦均可镀覆； 用于镀制润滑膜、耐热膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。 离子束装饰膜。 离子束镀膜代替镀铬硬膜，可减少镀铬公害。 提高刀具的寿命。 3.离子注入 向工件表面注入任何离子 硼、磷注入半导体，改变导电形式 离子注入金属表面改善性能：提高抗蚀、抗疲劳、润滑、耐磨性能 新合金，如W-Cu 耐磨性：N、B、Mo注入低碳钢 制造光波导：石英玻璃中注入离子 3.离子注入 改善磁泡材料性能、制造超导材料 铌线表面注入锡形成表面具有超导的Nb3Sn的导线 双离子束溅射沉积系统 LKJ系列离子束刻蚀系统 第六章 电子束与离子束加工