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    深圳雙十離子束的力效應及喊射現象

    Date:2021/1/19 9:11:34 / Read: / Source:本站

    深圳雙十離子束的力效應及喊射現象
        離子束加工是在真空條件下,將氫(A)氮(Kr),敘(Xe)等惰性氣體通過離子源產生離子
    束,經加速、集束、聚焦后,射到被加工表面上以實現各種加工的方法。
        原子是由原子核和圈繞原子核運動的各層軌道上的電子組成,呈中性。原子電離后成為離
    子,失去外層電子的原子變成帶正電荷的正(陽)離子,獲得多余電子的原子變成帶負電荷的負
    (陰)離子??梢婋x子的質t遠遠大于電子的質a,如一個氛離子的質A是電子質量的7.2萬
    倍,離子在電場中的加速過程比電子慢,速度也較低,但一旦加速后,具有遠遠高于電子的動
    能,商達10keV量級,因此離子束加工是通過彈性碰撞,轟擊工件表面,其穿透能力很強,一
    個具有1keV能It的離子,其穿透深度通過電子衍射條紋估算為5pm。加工時被加工表面層不
    產生熱t,不引起機械應力和損傷。因此離子束加工是通過其力效應來進行的,與電子束加工
    形成鮮明的對比。www.damstore.net
        質t大動能高的離子沖擊工件表面時,將產生彈性碰搜,將能}I傳遞給工件材料的原子、
    分子,其中一部分能2使原子、分子產生戮射,
    余能量將轉變為材料晶格的振動。www.damstore.net
        離子碰掩過程可用圖6-78所示模型來說明.
    被拋出工件表面,這稱為離子束戮射現象,其
    有以下幾種情況:www.damstore.net
        (1)一次戮射由離子直接碰撞工件表面的原(分)子,使該原(分)子分離出工件表面。
        (2)二次濺射由離子碰撞材料中的原(分)子,這個原(分)子又去碰撞別的原(分)子,而
    使后來被撞的原(分)子分離出工件表面。
        (3)回彈戮射有些受到離子碰撞的原(分)子,又去碰搜別的原(分)子,但自己卻被反彈
    出工件表面外。這種情況是反向戮射或背散射。
        (4)排斥離子有些離子在碰撞原(分)子時,自己反被彈出工件表面外,成為被排斥的離
    子??梢娺@種情況下沒有濺射去除作用。www.damstore.net
        (5)置換離子離子搜擊工件表面時被留于表面層材料中,成為it換離子。這種情況也無
    戮射去除作用。
        現以最簡單的直線彈性碰撞為例,在二次碰披中所傳遞的動能可用下式表示。
        由上式可知,當moem。時,E aw Eo,截射效果最好。
    現舉一例子來具體說明,若用原子t分別為40, 89, 131
    的Ar, Kr, Xe作為加工用的離子,對玻瑞材料Si仇進行
    掀射加工,由于:ni的原子t為299伍的相對分子質t為
    16x2二32,那么,如果以si原子和仇分子的形式旅射去
    除,則選用Ar的加工效率將最好,因為Ar的原子量與;Z9
    的原子2和02的分子量比較接近。www.damstore.net
        圖6-79表示了上述例子中三種離子的能it與戮射率
    的關系,派射率是指被一個人射離子所去除的原子或分子
    數,可以看出,Ar的戮射率最高,Ir次之,Xe最低。同
    時還可以看出,隨著離子能f的增加,城射率可以達到飽
    和,甚至還有逐漸下降的趨勢,這是由于當離子能里較小時,人射離子與工件表面原子、分子
    的碰撞,以直接彈性碰撞為主,處于濺射去除為主的狀態,隨著離子能量的增加,戮射率越
    高。但當離子能量超過一定值后,人射離子會深人到工件材料內部一定深度,在那里進行能量
    交換,速度有所降低,碰撞的機率增加.由此而產生的非彈性碰撞增加,所以濺射率達到飽和
    狀態。如果采用高能離子轟擊工件表面,則打進材料中的離子,其電荷可能被中和,變成置換
    原子或成為晶格間的填隙原子,而被殘留在工件表層材料中,這就是離子注人的情況。這時濺
    射率可能會有所下降。
        離子束的人射角與濺射率也有關,由圖6-80中
    的實驗曲線可知,當人射角為40(即與表面垂直)時,
    濺射率最低。隨著入射角的增加,濺射率逐漸增加。
    圖中還表示了人射角與相對濺射速度的關系。相對
    濺射速度是指相對于離子束的單位面積電流.在加
    工表面垂直方向上的加工速度,加工速度用單位時
    間內的加工深度或體積來表示。圖中,離子束的單
    位面積電流,即電流密度,其單位用A/cu2表示,
    加工速度用單位時間內的深度表示,單位為cm/s.
    可見在人射角近印。時,相對濺射速度最大。在實際
    加工時,選擇人射角是十分重要的,不僅要考慮戮
    射率、相對濺射速度,而且要考慮表面粗糙度等問
    題。

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