Teknologi pemrosesan berkas ion

Prinsip-prinsip Pemrosesan Berkas Ion.

Pemrosesan berkas ion melibatkan pembuatan berkas elektron dengan menggunakan senapan elektron dalam kondisi vakum. Berkas elektron kemudian dimasukkan ke dalam ruang ionisasi yang telah dievakuasi dan diisi dengan gas inert. Gas inert bertekanan rendah diionisasi, dan ion positif yang dihasilkan diekstraksi dan mengalami langkah-langkah seperti akselerasi dan pemfokusan. Terakhir, ion diarahkan ke permukaan benda kerja, dan pemrosesan material dicapai melalui tumbukan mikro-mekanis ion.

Prinsip-prinsip pemrosesan berkas ion serupa dengan pemrosesan berkas elektron, dengan perbedaan bahwa ion membawa muatan positif dan memiliki massa ribuan atau puluhan ribu kali lebih besar daripada elektron. Sebagai contoh, massa ion argon adalah 72.000 kali massa elektron. Setelah ion dipercepat hingga kecepatan tinggi, berkas ion memiliki energi tumbukan yang lebih besar dibandingkan dengan berkas elektron. Pemrosesan berkas ion bergantung pada energi tumbukan mikro-mekanis daripada konversi energi kinetik menjadi panas untuk memproses bahan.

Bisnis pabrik kami: suku cadang karbida, suku cadang cetakan, cetakan injeksi medis, cetakan injeksi presisi, cetakan injeksi PFA teflon, alat kelengkapan tabung PFA. email: [email protected],whatsapp:+8613302615729.

Karakteristik Pemrosesan Berkas Ion.

Pemrosesan berkas ion adalah metode yang menjanjikan untuk fabrikasi skala atom dan molekuler dalam fabrikasi mikro dan manufaktur presisi. Karakteristiknya dapat diringkas sebagai berikut:

1. Akurasi pemrosesan dan kualitas permukaan yang tinggi: Pemrosesan berkas ion bergantung pada efek gaya mikro untuk pemrosesan material, dan permukaan yang diproses tidak menghasilkan panas, tekanan mekanis, atau kerusakan. Diameter titik berkas ion dapat dikontrol dalam 1 μm, dan akurasi pemrosesan dapat mencapai tingkat nanometer.
2. Berbagai macam bahan yang dapat diproses: Karena pemrosesan berlangsung dalam kondisi vakum, maka, ini khususnya cocok untuk pemrosesan logam yang mudah teroksidasi, bahan paduan, dan bahan semikonduktor dengan kemurnian tinggi.
3. Berbagai metode pemrosesan: Pemrosesan berkas ion dapat digunakan untuk menghilangkan, melapisi, dan menanamkan. Prinsip-prinsip pemrosesan ini dapat menghasilkan berbagai macam metode spesifik seperti pembentukan, etsa, penipisan, dan pemaparan, yang memainkan peran yang sangat penting dalam fabrikasi sirkuit terpadu.
4. Performa yang bagus dan otomatisasi yang mudah.
5. Berbagai macam aplikasi: Diameter titik berkas ion dan densitas energi berkas ion dapat dipilih menurut persyaratan pemrosesan untuk mencapai tujuan pemrosesan yang berbeda. Sebagai contoh, berkas ion berdiameter kecil dengan kerapatan energi tinggi digunakan untuk proses penghilangan, sedangkan berkas ion berdiameter besar dengan kerapatan energi yang lebih rendah cocok untuk pelapisan dan etsa. Berkas ion berdiameter besar dengan energi lemah digunakan untuk implantasi.
6. Pemrosesan berkas ion memerlukan seperangkat peralatan khusus dan sistem vakum yang lengkap, yang harganya mahal. Oleh karena itu, penerapannya tunduk pada batasan tertentu.

Teknik dan Aplikasi Pemrosesan Berkas Ion.

Cakupan aplikasi pemrosesan berkas ion semakin meluas dan terus berinovasi. Teknik pemrosesan berkas ion utama yang digunakan untuk memodifikasi ukuran dan sifat fisik dan mekanik permukaan komponen adalah pemrosesan penghilangan sputtering berkas ion, pemrosesan pelapisan sputtering berkas ion, pemrosesan modifikasi permukaan injeksi berkas ion, dan pemrosesan pemaparan proyeksi berkas ion, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1.

Pemrosesan Penghapusan Sputtering Berkas Ion.

Pemrosesan penghilangan sputtering berkas ion, juga dikenal sebagai pemrosesan penghilangan berkas ion, menggunakan ion argon dengan kisaran energi 0,1-5 keV dan diameter beberapa nanometer untuk membombardir permukaan benda kerja. Ketika energi yang ditransmisikan melebihi kekuatan ikatan antara atom permukaan (atau molekul) benda kerja, atom (atau molekul) pada permukaan material disemburkan satu per satu untuk mencapai tujuan pemrosesan. Ini adalah metode khas pemrosesan skala atom dan molekuler serta pemrosesan ultra-presisi.

Aplikasi utama saat ini adalah sebagai berikut: pertama, pemesinan alur pada bantalan udara gyro dan mesin aerostatik, yang memiliki resolusi tinggi, akurasi yang baik, dan pengulangan yang konsisten; kedua, mengetsa pola presisi tinggi seperti sirkuit terintegrasi, perangkat optoelektronik, dan perangkat terintegrasi optoelektronik; ketiga, memproses permukaan bertekstur non-reflektif sel surya; keempat, menipiskan bahan untuk sampel mikroskop elektron transmisi; dan kelima, memproses perkakas berlian kristal tunggal, dll.

Pemrosesan Pelapisan Sputtering Berkas Ion.

Pemrosesan pelapisan sputtering berkas ion adalah proses deposisi tingkat atom dan molekul, kadang-kadang disebut sebagai deposisi sputtering berkas ion. Dalam kondisi vakum, proses ini menggunakan ion argon dengan kisaran energi 0,1-5 keV untuk membombardir material target, yang mengeluarkan atom atau molekul dari target dan mengendapkannya ke permukaan benda kerja. Di sisi lain, partikel netral berkecepatan tinggi juga berdampak pada permukaan benda kerja untuk meningkatkan daya rekat antara lapisan dan substrat (hingga 10-20 MPa). Karena energi kinetik yang cukup besar dari atom atau molekul netral yang tergagap, lapisan ini memiliki daya rekat yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode seperti penguapan dan pelapisan listrik. Lapisannya seragam, padat, dan memiliki efisiensi tinggi.

Pelapisan berkas ion dapat diaplikasikan pada berbagai macam bahan, termasuk logam dan non-logam, untuk mendepositkan film tipis logam atau non-logam pada permukaannya. Ini dapat digunakan untuk berbagai paduan, senyawa, bahan sintetis, bahan semikonduktor, dan bahan dengan titik leleh tinggi. Aplikasinya meliputi: melapisi film pelumas, film tahan panas, film tahan aus, film dekoratif, dan film listrik; menggantikan pelapisan krom keras untuk mengurangi pencemaran lingkungan; menerapkan pelapisan berkas ion pada bantalan bola presisi untuk memperpanjang masa pakainya hingga ribuan jam; mendepositkan lapisan TiN atau TiC setebal beberapa mikrometer pada alat pemotong untuk meningkatkan masa pakainya hingga 3-10 kali lipat; mendepositkan lapisan pelapis logam mulia (seperti Pt, Au, Rh) pada bilah paduan titanium untuk meningkatkan masa pakai hingga 30% dan meningkatkan ketahanan oksidasi serta ketahanan terhadap korosi.

Pemrosesan Injeksi Sinar Ion.

Proses injeksi sinar ion melibatkan pengionan elemen yang diinginkan untuk diinjeksikan, memisahkan dan mempercepat ion positif dalam medan listrik untuk membentuk sinar ion berenergi tinggi ratusan kiloelektron volt, yang membombardir permukaan benda kerja. Karena energi kinetik ion yang besar, ion-ion tersebut menembus ke dalam lapisan permukaan, menetralkan muatannya, dan menjadi atom substitusi atau atom interstisial dalam kisi, yang mengakibatkan perubahan komposisi kimia, struktur, dan sifat material. Injeksi ion dapat digunakan untuk doping bahan semikonduktor, modifikasi bahan logam, dan tujuan lainnya. Aplikasinya meliputi: menyuntikkan pengotor seperti fosfor atau boron ke dalam silikon kristal tunggal untuk produksi transistor, sirkuit terpadu, sel surya, dll.; menyuntikkan ion oksigen ke dalam besi untuk membentuk Fe3O4, yang meningkatkan ketahanan terhadap asam; menyuntikkan ion nitrogen ke dalam alat pemotong baja berkecepatan tinggi untuk meningkatkan masa pakainya; menyuntikkan ion niobium ke dalam timah untuk membentuk NbsO, yang menghasilkan permukaan superkonduktor, dan seterusnya.

Pemrosesan Pemaparan Berkas Ion.

Pemaparan sinar ion memiliki keunggulan sensitivitas tinggi dan resolusi tinggi. Karena massa ion jauh lebih besar daripada elektron, hal ini menyebabkan lebih sedikit hamburan balik dan efek tetangga pada substrat, sehingga mampu menyingkap struktur mikro yang presisi dengan lebar garis di bawah 0,1 μm. Selain itu, karena diameter dan massa ion yang lebih besar dibandingkan dengan elektron, ion menghadapi hambatan yang lebih besar setelah memasuki penahan dan memiliki jangkauan yang lebih pendek di dalam penahan. Hal ini memungkinkan penahan untuk sepenuhnya menyerap energi ion, sehingga menghasilkan sensitivitas yang meningkat. Eksperimen telah menunjukkan bahwa ketika menggunakan penahan, pemaparan sinar ion memiliki sensitivitas lebih dari satu kali lipat lebih tinggi daripada pemaparan sinar elektron, sehingga memungkinkan waktu pemaparan yang jauh lebih singkat.