纳米级加工技术（参考）.ppt

* * * * 谢谢大家！ Thank You! * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 二、电子束、离子束和激光加工 可用于刻蚀、打孔、切割、焊接、表面处理和表面改性等． 电子束加工时，被加速的电子将其能量转化成热能以去除穿透层表面的原子，电子束可以聚焦成很小的束班(中0.1?m)，照射敏感材料，用电子刻蚀可加工出0.1? m的线条宽度而在制造集成电路中实际应用。 电子束和离子束加工 离子束加工时，因离子直径为0.1n m数量级，故可以直接将工件表面原子碰撞出去达到加工的目的。用聚焦的离子束进行刻蚀，可以得到精确的形状和纳米级的线条宽度。 电子束加工 电子束利用热效应加工 高速和高能量密度的电子束冲击工件表面，在几分之一秒内与原字相互作用。 电子与原子碰撞，使原子振动产生发热现象 几乎所有的能量都转化为热能。 由于电子束能量密度高，作用时间短，所产生的热量来不及传导、扩散就将工件被冲击部分局部熔化、汽化、蒸发成雾状粒子而飞散。 电子束加工原理图 控制栅极 加速阳极 电子束斑点 旁热阴极 聚焦系统 工件 工作台 电子束加工 电子束加工特点 束径小，能量密度高，能微细聚焦（0.01?m），适合于加工深孔、细深孔、窄缝。 热影响范围小，适合于硬、脆、软、韧金属和非金属材料、热敏材料、半导体材料、易氧化材料等加工。原则上各种材料均能加工，特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。 加工速度快，效率高。非接触加工，无工具损耗；无切削力，加工时间极短，控制性能好，易于实现自动化。 可用于打孔、切槽、焊接、光刻、表面改性。 在真空中加工，无氧化，特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。 加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工 离子束加工 离子束利用力效应加工 离子质量远远大于电子，加速较慢，但一旦加速后，具有远远高于电子的能量。 质量大、动能高的离子冲击工件表面，将产生弹性碰撞，将能量传递给工件的原子和分子，使原子和分子产生溅射，被抛出工件表面。 离子束穿透能力强，被加工表层几乎不产生热量，不引起机械应力和损伤。 将被加速的离子聚焦成细束，射到被加工表面上。被加工表面受“轰击”后，打出原子或分子，实现分子级去除加工。 离子束溅射去除加工 惰性气体入口 阴极 中间电极 电磁线圈 阳极 控制电极 绝缘子 引出电极 离子束 聚焦装置 摆动装置 工件 三坐标工作台 离子束去除加工装置 离子束溅射镀膜加工 用加速的离子从靶材上打出原子或分子，并将这些原子或分子附着到工件上，形成“镀膜”。 溅射镀膜可镀金属，也可镀非金属。 由于溅射出来的原子和分子有相当大的动能，故镀膜附着力极强（与蒸镀、电镀相比）。 离子镀氮化钛，即美观，又耐磨。应用在刀具上可提高寿命1-2倍。 离子束源 靶 溅射材料 溅射粒子 工件 真空 离子束溅射镀膜加工 离子束加工特点 是一种以原子、分子为加工单位的加工方法。 加工精度和表面质量高，可达纳米级。 可对各种材料进行加工。 控制性能好，易于实现自动化。 应用广泛，如：粒子束溅射去除加工、粒子束溅射镀膜加工、离子束注入加工等。 激光束加工 激光束利用热效应加工 激光光斑大小可聚焦到微米级。 激光束照射工件，光能被吸收，转化为热能，产生瞬时高温、局部熔化、汽化。 激光束加工是非接触加工，没有力的作用，没有工具，加工速度快。 与电子束和离子束加工比较，激光加工装置简单，无需真空系统。 激光器 工件 工作台 激光加工原理图 光阑 反射镜 聚焦镜 电源 激光束加工特点 加工精度高，激光光斑直径可达1?m一下。 加工材料范围广，可对各种材料进行加工。 速度快、效率高。 控制性能好，易于实现自动化。 应用广泛，如：激光打孔、激光切割、激光微调、激光表面改型、激光存贮、激光测量、激光焊接、激光热处理等。 三、扫描隧道显微加工技术 扫描隧道显微STM (Scanning Tunneling Microscope) 加工技术是纳米加工技术中的必威体育精装版发展，可实现原子、分子的搬迁、除、增添和排列重组，可实现极限的精加工，原子级的精加工。 扫描隧道显微镜1981年由在IBM瑞士苏黎世实验室工作的G.Binning 和 H.Rohrer 发明。被列为20世纪80年度世界十大科技成果之一，1986年因此获诺贝尔物理学奖。 扫描隧道显微（STM） STM工作原理：基于量子力学的隧道效应。 G.Binning H.Rohrer 扫描隧道显微加工原理 当两个电极之间的距离缩短