伯东 KRI 离子源（Ion Beam Sources）在精密光学中的应用

伯东 KRI 离子源（Ion Beam Sources）在精密光学中的应用

一 离子束加工

离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性加工的一种工艺方法. 离子束加工的原理与电子束加工原理基本相同, 即在真空条件下, 将离子源产生的离子经过电场加速、聚焦, 使之打到工件表面. 由于离子带正电荷, 其质量比电子大数千, 数万倍, 所以离子束加速到较高的速度时, 离子束比电子束具有更大的撞击动能, 它是靠微观的机械撞击能量来加工的, 而不是靠动能转变为热能来加工的

离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所产生的三个效应, 即撞击效应, 溅射效应和注入效应. 具有一定动能的离子入射到工件材料表面时, 可以将表面的原子撞击出来, 这就是离子的撞击效应和溅射效应. 如果将工件直接作为离子轰击的靶材, 工件表面就会收到离子刻蚀. 如果将工件放置在靶材附近, 靶材原子就会溅射到工件表面而被溅射沉积吸附, 使工件表面镀上一层靶材原子的薄膜. 如果离子能量足够大并且垂直工件表面撞击时, 离子就会钻进工件表面, 这就是离子的注入效应

离子束加工的特点

    1 加工精度高, 而且便于精确控制. 离子束可以通过离子光学系统进行聚焦扫描, 可以精确控制尺寸范围.

    2 产生污染少, 离子束加工在高真空中进行, 污染少, 特别适合加工易氧化的金属、合金及半导体材料.

    3 加工应力、变形极小. 离子束加工是一种原子级或分子级的微细加工, 作为一种微观作用, 其宏观压力很小, 适合于各种材料和低刚度工件的加工, 而且加工表面质量高.

    离子束加工的过程

    1 首先利用干涉仪测量被加工元件表面面型, 并入电脑

    2 输入理想的元件表面面型

    3 通过电脑计算该元件表面去除量, 并自动控制离子束以不同的速度扫描光学元件表面（如下图）

    4 加工结束

二 双离子束溅射薄膜沉积

双离子束溅射（DIBS）沉积技术是一种制备优质薄膜的重要方法. 这种方法主要特点是运用一个功率较大的溅射离子源产生高密度的高能离子轰击靶材, 因而可以在高真空下实施高速溅射沉积. 辅助离子源用来改善薄膜的致密度和反应度, 实现在低温下超低光学损耗和超多层膜的制备.

离子源常用RF激励源, 其频率为13.56MHz. 它使用离子源放电室的Ar气有效电离, 电离产生的离子由屏栅正电场聚焦、加速栅的负电场加速后, 经中和器电子中和后轰击靶材. 溅射离子源中和器的工作气体一般为Ar, 而辅助离子源为反应气体和氩气的混合气体. 对常用的氧化物薄膜, 氧气和氩气的流量比必须大于0.6, 否则氧化膜容易产生吸收.

DIBS技术已经在高精密光学薄膜技术中得到广泛的应用. DIBS系统工作稳定, 长时间运行时, 其工作气压、束流密度和加速电压等不稳定度可控制在0.5%以内. 而且成膜速率快, 膜层的光学、机械性能优良.

伯东是德国 Pfeiffer 真空泵, 检漏仪, 质谱仪, 真空计, 美国 KRI 考夫曼离子源, 美国 inTEST 高低温冲击测试机, 美国 Ambrell 感应加热设备和日本 NS 离子蚀刻机等进口知名品牌的指定代理商.

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