電子束加工裝置的構成以及作用

❶ 電子束是怎樣在偏傳線圈的作用在屏幕上進行掃描的

電子在電場中會受力而得到加速、提高能量，產生電子束。

首先要使通過磁場的電子在中心點O左右兩側偏轉，則需改變磁場的方向，在一次掃描過程中，沿電子運動方向觀察，由左向右逐次掃描，則洛倫茲力先向左後向右。根據左手定則判斷，磁場方向應先向外（B為負值）後向里（B為正值）。

其次要使電子偏轉到PQ間任何一點上，即通過磁場時，要求有不同的偏轉角度，所以磁感應強度B的大小應隨時間而變化。

區別：

電子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空條件下，利用電子槍中產生的電子經加速、聚焦後能量密度為106～109W/的極細束流，高速（光速的60%~70%）沖擊到工件表面，並在極短的時間內。將電子的動能大部分轉換為熱能，形成「小孔」效應，使工件被沖擊部位的材料達到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發，達到焊接目的。

激光器利用原子受激輻射的原理，使物質受激而產生波長均一，方向一致和強度非常高的光束。通過光學系統將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的極小光斑，其功率密度可達105～1011W/，溫度可達一萬攝氏度，將材料在瞬間熔化和蒸發。

❷ 電子束和離子束分別可用於哪些微納加工工藝

電子束離子束加工的發展趨勢及應用聚焦的離子束在半導體行業有著重要作用，可用來切割納米級結構，對光刻技術中的屏蔽板進行修補，分離和分析集成電路的各個元件，激活由特殊原子組成的材料，使其具有導電性等等。聚焦的離子束在其他方面也有應用。可用來分析樣品化學成分、進行生物研究以及製造保持血管暢通的心臟固定膜等微型醫學植入材料。但是，在用帶正電荷的離子束對絕緣材料進行成像或進行縮微處理時，常常會出現麻煩，絕緣材料會逐漸帶上正電荷，從而會排斥帶同性電荷的離子束，使聚焦的離子束發散，影響精度。科學界解決這一問題的傳統方法有兩個：一個是在離子束到達非金屬絕緣體之前，通過一種氣化元件進行中和；另一種方法是在絕緣材料上設置一電子束中和這個帶正電的離子束。但是這兩種方法都有其弊端，第一種方法往往要求加大離子束加速器和絕緣材料之間的距離，而距離太長會干擾離子束的聚焦。第二種方法中，產生額外的電子束需要另一電子加速器，而且要求與離子束隨時保持在同一直線上，對於多束離子同時作用一種材料，很難實現這些要求。而美國科學家對其實驗室發明的多離子束系統進行改進後，得到了中和正離子的全新方法。與傳統聚焦離子束裝置中的液化金屬離子不同，這一新系統使用兩個離子束腔，將氣態分子中的電子和正離子分離。通過三條電極組成的電極棒將兩個腔隔開，一個腔只允許電子通過，另一個腔只許正離子通過。這樣的設計，不但可以形成加速的離子束，而且也不會阻止電子束的通過，最後離子束達到目標材料後，離子和電子會自我中和形成先前的氣態原子，也不會導致目標材料帶電。利用這種裝置可以對各種離子進行加速，包括惰性氣體、錳等金屬甚至碳60這樣的分子團，都可以用來形成離子束。另外，科研人員還利用多孔屏蔽板，獲得圓洞形、線性和弧形等不同形狀的離子束，發射一次離子束可以生產幾千個心臟內膜，大大提高了效率。離子束刻蝕離子束刻蝕以離子束為刻飾手段達到刻飾目的的技術，其解析度限制於粒子進入基底以及離子能量耗盡過程的路徑范圍。離子束最小直徑約10nm，離子束刻蝕的結構最小可能不會小於10nm。目前聚焦離子束刻蝕的束斑可達100nm以下，最少的達到10nm，獲得最小線寬12nm的加工結果。相比電子與固體相互作用，離子在固體中的散射效應較小，並能以較快的直寫速度進行小於50nm的刻飾，故而聚焦離子束刻蝕是納米加工的一種理想方法。此外聚焦離子束技術的另一優點是在計算機控制下的無掩膜注入，甚至無顯影刻蝕，直接製造各種納米器件結構。但是，在離子束加工過程中，損傷問題比較突出，且離子束加工精度還不容易控制，控制精度也不夠高。束流強度達幾十萬以至上百萬安培的束流。它比通常加速器的束流密度高幾萬倍以至幾十萬倍。20世紀60年代初期,由於模擬核爆炸條件下γ射線輻照效應和X射線照相的需要，強流脈沖電子束加速器得到了迅速發展，70年代後，由於粒子束慣性約束聚變、電子束抽運氣體激光器、電子束產生高功率微波等研究工作的要求，研製了低電壓大電流的電子束加速器，並在這些技術的基礎上獲得了強流脈沖離子束。1984年已能產生1MeV、1MA的輕離子束，強流脈沖電子束也達到了如下的技術水平：電子能量0.3MeV～12MeV電子束流10kA～5MA脈沖寬度10ns～100ns總束能1kJ～5MJ功率1011W～3×1013W這些束流之特點是束流能量大、功率高、電流大、時間寬度窄。這種基於物理學和電工學相結合的高功率脈沖技術是一門新的前沿科學技術，近年來發展極為迅速，已成為研究高溫高壓等離子體物理的重要工具，它在經濟和軍事應用方面有著廣闊的前景。強流脈沖電子束的產生強流脈沖電子束加速器主要由三個部分組成，即沖擊電壓發生器、脈沖成形線與脈沖傳輸線和場致發射二極體。從沖擊電壓發生器輸出的微秒級上升時間的高壓脈沖經脈沖成形線成形為幾十納（10-9)秒上升時間的高壓脈沖，並由傳輸線輸運至場致發射二極體，二極體起著將電磁能轉變為電子束的能量的作用。沖擊電壓發生器見脈沖倍壓發生器之圖2。沖擊電壓發生器的工作原理是對電容器組並聯充電串聯放電，獲得脈沖高壓輸出，減小沖擊電壓發生器電感，可縮短輸出高壓脈沖的上升時間。電容器的排列有Z型、S型和混合型等，採取正、負充電線路，可使火花球隙數目減少一倍。LC反轉沖擊電壓發生器的電感小，輸出脈沖上升時間短，但當所有球隙不能在同一時間內擊穿時，過電壓會把電容器擊穿。脈沖成形線和脈沖傳輸線如圖1所示。沖擊電壓發生器輸出的電壓脈沖，對脈沖成形線充電，當電壓充至一定值時主開關接通，成形線中開始了波過程,經過時間在成形線末端產生時間寬度為的高壓脈沖加在場致發射二極體上。L為成形線長度,с為光速,ε為成形線介質的介電常數，也可以通過變阻抗傳輸線加到二極體上，以達到升壓或降壓的目的。脈沖成形線和脈沖傳輸線中充以去離子水或變壓器油，對於亞微秒充電時間的高壓脈沖，水是很好的絕緣介質，水的儲能密度大、價廉，發生電擊穿後能很快恢復不留痕跡。可根據T.H.馬丁的經驗公式來考慮脈沖成形線和脈沖傳輸線的絕緣要求。強流電子束二極體陰極表面細微的針尖狀結構，使場強增大約100倍，趨於108V/cm，由此引起的電流的增強造成陰極上微小尖端的蒸發，蒸發物的電離形成陰極等離子體，並從中發射電流，陰極等離子體的前沿以1～4×104m/s的速度向陽極運動，隨著束流的增強，在陽極上吸附的氣體釋放出來並被電離，形成陽極等離子體，它以約1×104m/s的速度向陰極運動。描述二極體中電子束流特性的一個重要物理量是v/γ值，v是單位長度上電子數目乘電子經典半徑，，，IA稱為阿爾文電流。低v/γ值二極體阻抗可由蔡爾德－朗繆爾公式描述，平行板二極體阻抗為式中V以兆伏為單位,R是二極體半徑，d是陰陽極間隙距離，以厘米為單位，μ是陰極等離子體運動速度，以厘米／秒為單位，Z以歐姆為單位，K(V)是隨著V而增長的函數，對於非相對論性束流K(V)＝136。當二極體中電流超過了臨界電流值時，電子軌跡開始箍縮，這時電子的拉莫爾半徑等於電子束半徑的一半，並等於陰陽極之間的間距。在高v/γ值的二極體中，當達到臨界電流值時，束流開始箍縮，實驗觀察到箍縮主要在脈沖的後一段時間內形成，並以(1～5)×106m/s的徑向崩塌速度進行，它比等離子體膨脹速率大一個半到二個數量級，這是由於陽極等離子體中的正離子向陰極運動，改變了空間電荷分布，增大了二極體電流，從而使箍縮進一步發展。箍縮發生後，二極體阻抗大致和"順位流模型"的計算值相符。箍縮的結果使電子向二極體的軸線方向移動。由於空間電荷的堆積，造成陰極中心部分軸向電場的減小，從而降低了陰極中心區域的電子發射，過剩的空間電荷使得等位面分布接近錐形。電子沿錐形等位面運動。等位面的法線方向和磁場方向垂直。因而向外的電場力和向內的自磁場力方向相反。空間電荷堆積一直繼續到作用在電子上的凈力為零。於是從陰極邊界處發出的電子沿等位面作凈力為零的運動。按順位流模型可得進一步考慮陰極和陽極表面上存在的等離子體對箍縮所起的作用，建立了聚焦流模型，按照該模型聚焦束流為強流離子束的產生在雙極性流的情況下，質子流和電子流密度滿足方程式中x是陰陽極之間距離，V是陰陽極間隙上的電壓，εo是空氣介電常數，e是電子電荷,mp是質子質量。電子流密度約為質子流密度的43倍，強流離子二極體的工作原理是利用電場或磁場抑制電子到達陽極，使二極體的能量大部分為離子所帶走，現有的離子二極體有三種類型：反射型二極體從陰極射出的電子穿過薄陽極靶後，遇到一個反向電場，使電子減速並回轉，重新穿過陽極靶，然後陰陽極之間的電場又將電子拉向陽極。若靶上塗以某種有機物,由於電子來回穿過陽極靶,在靶上產生離子並向陰極運動（圖2）。反射型二極體產生離子效率可達50％，實際上不需要第二個陰極，從陽極穿出的電子的堆積，形成虛陰極。離子流密度和電子流密度之比為式中Zm是離子的電荷,Mp是離子質量，〈Δθ2〉是散射角的均方值,散射角近似反比於二極體電壓的二次方,離子流密度和二極體電壓的關系可用7/2次方來描述。磁絕緣二極體。外加一個大於臨界磁場Bcr的橫向磁場,偏轉電子，使它不能到達陽極。

❸ 電子束加工的簡介

利用電子束的熱效應可以對材料進行表面熱處理、焊接、刻蝕、鑽孔、熔煉，或直接使材料升華。電子束曝光則是一種利用電子束輻射效應的加工方法（見電子束與離子束微細加工）。
作為加熱工具，電子束的特點是功率高和功率密度大，能在瞬間把能量傳給工件，電子束的參數和位置可以精確和迅速地調節，能用計算機控制並在無污染的真空中進行加工。根據電子束功率密度和電子束與材料作用時間的不同，可以完成各種不同的加工。

❹ 什麼是電子束加工

電子束加工是利用高能量的會聚電子束的熱效應或電離效應對材料進行的加工。例如對材料表面進行熱處理、焊接、刻蝕、鑽孔、熔煉或直接使材料升華。電子束的特點是功率密度大，能在瞬間將能量傳給工件。電子束的能量和位置可以用電磁場精確和迅速地調節，實現計算機控制。在微電子工藝中，電子束曝光是一種重要的亞微米加工技術，通過控制電子束輻照光致抗蝕劑的特定位置，以形成極精細的圖形。它在大規模集成電路和微波半導體器件的生產中已得到應用。

❺ 激光加工，電子束和離子束加工在原理上有何異同各有何特點

1、加工原理不同。電子束和離子束的加工原理相似，都是發生碰撞效應和注入效應，從而實現加工，而激光加工是熱效應的原理。

2、加工裝置不同。電子束和離子束相似，都是通過電子槍裝置將電子和離子打出從而對材料進行加工，而激光器是由激光器、電源等組成，與電子和離子不同。

3、加工范圍不同。電子束加工范圍一般適用於表面，離子束加工作用於材料的內部，而激光加工則適用范圍較廣，應用廣。

(5)電子束加工裝置的構成以及作用擴展閱讀

激光加工技術主要有以下獨特的優點：

1、使用激光加工，生產效率高，質量可靠，經濟效益。

2、可以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工；在惡劣環境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。

3、激光加工過程中無「刀具」磨損，無「切削力」作用於工件。

4、可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。

5、激光束易於導向、聚焦實現作各方向變換，極易與數控系統配合、對復雜工件進行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。

6、無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機械變形，並且高能量激光束的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。

7、激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，並且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小，因此，其熱影響區小，工件熱變形小，後續加工量小。