離子束加工技術(shù)

1、離子束加工技術(shù)1離子束濺射技術(shù)的發(fā)展離子束濺射沉積干涉反射膜的進(jìn)展可總結(jié)為2:1976年之前，一般干涉反射膜反射率R99%；1976年離子束濺射干涉膜（淀積技術(shù)突破），反射率R=99.9%；1979年離子束濺射干涉膜（測量技術(shù)突破），反射率R=99.99%；1983年離子束濺射干涉膜損耗降到60ppm,反射率R=99.994%；1988年離子束濺射干涉膜損耗降到10ppm以下，反射率R=99.999%；1992年離子束濺射干涉膜損耗降到1.6ppm,反射率R=99.99984%；1997年離子束濺射干涉膜用于ICF三倍頻激光反射鏡實驗，351nm波長激光 （脈沖）損傷閾值達(dá)20J/cm2；19

2、98年離子束濺射干涉膜用于ICF基頻激光反射鏡實驗，得到了 1060nm波長 激光（脈沖）損傷閾值達(dá)50J/cm2，吸收損耗小于6ppm的實驗結(jié)果。在國內(nèi)，對離子束濺射技術(shù)的研究非常少，在很多領(lǐng)域幾乎接近于空白，根據(jù)國 家和時代的需要，這項技術(shù)的研究在國內(nèi)變得尤為迫切。.2離子束濺射技術(shù)的原理和特征2.1離子束濺射技術(shù)在比較低的氣壓下，從離子源取出的氬離子以一定角度對靶材進(jìn)行轟擊，由于轟擊離子的能量大約為1keV，對靶材的穿透深度可忽略不計，級聯(lián)碰撞只發(fā)生在靶材幾個原子厚度的表面層中，大量的原子逃離靶材表面，成為濺射粒子，其具有的能量大約為10eV的數(shù)量級。由于真空室內(nèi)具有比較少的背景氣體分子

3、，濺射粒子的自由程很大，這些粒子以直線軌跡到達(dá)基板并沉積在上面形成薄膜。由于大多數(shù)濺射粒子具有的能量只能滲入并使薄膜致密，而沒有足夠的能量使其他粒子移位，造成薄膜的破壞；并且由于低的背景氣壓，薄膜的污染也很低；而且，冷的基板也阻止了由熱激發(fā)導(dǎo)致晶粒的生長在 薄膜內(nèi)的擴(kuò)散。因此，在基板上可以獲得致密的無定形膜層。在成膜的過程中，特別是那些能量高于10eV 的濺射粒子，能夠滲入幾個原子量級的膜層從而提高了薄膜的附著力，并且在高低折射率層之間形成了 很小梯度的過度層。有的轟擊離子從靶材獲得了電子而成為中性粒子或多或少的被彈性反射，然后，它們 以幾百電子伏的能量撞擊薄膜，高能中性粒子的微量噴射可以進(jìn)一

4、步使薄膜致密而且也增強(qiáng)了薄膜的內(nèi)應(yīng) 力2.2雙離子束濺射技術(shù)對于大多數(shù)光學(xué)應(yīng)用，主離子源和上面描述的單個離子源的功能相同，輔助離子 源有下面描述的補(bǔ)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)化學(xué)計量比的調(diào)整3應(yīng)用前景目前，離子束濺射技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地被拓寬，并且應(yīng)用的光譜波段也早已從可見光拓寬到紅外、紫外、X射線等范 圍。到1992年，國外已運用離子束濺射技術(shù)獲得了反射率接近六個九的超低損耗高反射激光鏡。離子束 濺射技術(shù)在光纖、計算機(jī)、通信、納米技術(shù)、新材料、集成光學(xué)等領(lǐng)域也即將發(fā)揮其強(qiáng)大的作用。尤其信息 時代的到來，光纖通訊發(fā)揮了越來越大的作用，對于光纖通信容量的要

5、求也越來越大，其中關(guān)鍵的器件就 是波分復(fù)用器，而離子束濺射技術(shù)正是研制、開發(fā)波分復(fù)用器的優(yōu)選技術(shù)方案?？梢姡x子束濺射技術(shù)在一定有著更加廣闊的前景，引起人們的更加重筷離子束刻蝕工藝離子束刻蝕技術(shù)的一個很重要的物理參數(shù)是濺射率。它表征著每一個入射離子打出的原子數(shù)?？涛g速率與離子束能量、束流大小、離子束轟擊表面的入射角以及被加工材料的原子結(jié)構(gòu)、晶向等許多因素有關(guān)。4. 1不同材料的刻蝕速率由于離子束刻蝕裝置中采用了中和燈絲，可中和Ar +離子的正電荷，使正離子束變成中性束。以這種高能的中性束轟擊被刻蝕基片而實現(xiàn)刻蝕加工，所以對材料無選擇性，金屬非金屬均可刻蝕。只是不同材料的刻蝕速率不一樣。表1幾種

6、常用材料的刻蝕速率材料名稱Au Pt W S i SiO2刻蝕速率/ nm - m in- 1 66. 0 33. 0 16. 0 16. 0 10. 04. 2離子能量對刻蝕速率的影響刻蝕速率直接與轟擊基片的離子能量有關(guān)。隨著電壓的增加，離子能量增加，刻蝕速率增加。4. 3束流大小對刻蝕速率的影響隨束流增加刻蝕速率增加。4. 4離子束刻蝕的其它應(yīng)用對化學(xué)研磨、電介研磨難以減薄的材料的減薄。具有微分分析樣品的能力，并適應(yīng)進(jìn)行精密加工。5離子束拋光的基本原理將導(dǎo)電的工件放在密閉環(huán)境中加負(fù)偏壓，在高真空環(huán)境下通入一定量的惰性氣體（如氬氣），并使其進(jìn)行電離生成帶正電 荷的離子。帶正電荷的離子在電場作

7、用下加速運動，并近似沿零 件表面的法向方向轟擊零件，將零件表面的原子碰撞出去從而 實現(xiàn)零件表面的微量去除，達(dá)到提高零件表面形狀精度的目的。 設(shè)帶正電荷離子的電荷量為q,質(zhì)量為m,初速度為零，所 處電場的強(qiáng)度為E,則其加速度a:a= q Em顯然，正離子的飛行時間越長，轟擊零件表面時的速度就越 高，傳遞給零件原子的動能也越大，.相應(yīng)的去除量就大。6離子束拋光工藝過程光學(xué)設(shè)計，計算近似面，光學(xué)車間加工，測出矩陣誤差，確定離子束的位置和停 留時間，離子束加工，完成光學(xué)零件。.7離子束拋光的優(yōu)缺點.加工精度高、光潔度好2 .提高非球面光學(xué)零件的加工效率，降低加工費用。用3 .工藝性能廣泛。往.加工零件的表面結(jié)構(gòu)好。5 .缺點：設(shè)備制造費用大，需耍應(yīng)用計算 機(jī)、高其空設(shè)備、高精度干涉儀等現(xiàn)代化裝置、高其空設(shè)備、高精度干涉儀等現(xiàn)代化裝置垸丁俳乂 現(xiàn)化衣旦離子束拋光的典型應(yīng)用.高精度非球面光學(xué)零件的拋光.離子末拋光提高高能激光反射鏡的鍍膜 牢固度和反射鏡的工作性能。.離子束拋光提高激光工作物質(zhì)的性能.離子束拋光加工光柵等.、9離子束注入技術(shù)通常，金屬零件進(jìn)行表面淬火處理需在10 0 F高 溫下進(jìn)行，這將可能導(dǎo)致零件變形，而采用離子束注 人技術(shù)，操作溫度一般僅需3 0 F