本发明专利技术提供了一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置及方法，包括半封闭且绝缘的机闸，并与机闸内底部相接触的离子源部件；设置在离子源部件下方的电极板组件；所述离子源组件包括与机闸内侧壁相配合的一体式罩体，其底端设置有发射锥；所述发射锥、电极板配置为分别施加对应的高电势、低电势；所述的电极板组件上设置有与发射锥在空间上相对应的电极板孔；所述的静电透镜设置在电极板孔底部；所述离子液体离子束分别经过设置在静电透镜底端的焦点调节装置、设置在焦点调节装置底端的射束扫描板和平行透镜后轰击设置在基片载台的材料表面，并对其表面进行离子束微加工。本发明专利技术提供了一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置，可实现对离子轰击参数(离子束轰击能量、轰击角度、离子源种类)进行设置调节，提高离子液体离子源的微加工特性。提高离子液体离子源的微加工特性。提高离子液体离子源的微加工特性。
【技术实现步骤摘要】
一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置及方法
[0001]本专利技术属于离子束微加工入领域，涉及一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置及方法。
技术介绍
[0002]离子束轰击材料表面是微加工的常用手段，在集成电路、金属材料、高分子材料、材料表面改性方面有着广泛的应用，通过把离子源产生的高能离子束作用于材料表面，对本征材料表面的微观结构进行修饰，同时改变材料表面的化学组成，使材料表面的物理化学性能发生变化。其中，离子源是产生高能离子束的关键设备，通过电场或者磁场对所产生离子进行加速，使其与材料表面的原子、电子发生碰撞，逐渐把离子的动能传递给反冲原子和电子，完成能量的传递和沉积，待能量耗尽后将驻留在材料表面晶格中。离子束的多项加工特性依赖于对离子源的选择，而常用的液态金属离子源在进行微加工过程中由于可选的离子种类有限、无反应活性等缺陷，无法满足日益复杂的高精度加工性能的需要。因此，发展一种新型离子源成为离子束微加工的必然要求。
[0003]对离子源而言，产生的离子束具有高反应活性、高的冲击动能、无污染是离子束微加工最为理想的状态。离子束微加工是在真空环境下进行的，在现有的技术中，工业型离子束微加工技术采用的多为液态金属离子源进行掩模控制的大面积区域加工，而无法对材料表面进行高精度微加工。而且液态金属离子源的可选择种类少，在进行微加工时还需要对离子源进行额外加热，使其维持在液态，同时，因其高的表面张力，需要在强的电场下工作，其产生强的电磁干扰还会影响其他设备运行。为了能够增加离子源工作离子的可选择性和反应活性，同时简化设备，提高离子束微加工精度，本专利技术提供一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置及方法。
技术实现思路
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了解决传统液态金属离子源在进行离子束微加工时存在阈值电压高、可选择离子种类少、无反应活性的问题，本专利技术提供了一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法。本专利技术选用离子束组分可调控、反应活性可定制的离子液体离子源进行离子束微加工，增加了加工离子的选择种类，降低了离子源产生离子的阈值电压，从而简化了离子束微加工的设备，提高了离子束的加工精度。
[0006]技术方案
[0007]一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置，包括平行透镜(1)、步进电机(2)、离子源部件(3)、基座(4)、半封闭且绝缘机闸(5)、基片载台(6)、射束扫描板(8)、静电透镜(10)、焦点调节装置(11)、导轨(13、14)。
[0008]其中，所述半封闭且绝缘的机闸(5)底部设置有多个固定槽且与离子源部件(3)相固定，并在离子源部件(3)下方设有电极板组件；
[0009]其中，所述静电透镜(10)上端与电极板组件下端相接，所述焦点调节装置(11)顶端与静电透镜(10)底端相接；
[0010]其中，所述射束扫描板(8)和平行透镜(1)被设于同一圆筒腔体内，且平行透镜(1)设于射束扫描板(8)下端；
[0011]其中，所述基座(4)上设有导轨(13、14)，所述步进电机(2)上设有基片载台(6)；
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，所述半封闭且绝缘机闸(5)内部设置有离子液体，且半封闭且绝缘机闸(5)顶部可通过旋松螺栓并取下机闸顶盖进行加注离子液体。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述离子源部件(3)被配置为与半封闭且绝缘机闸内侧壁相配合的一体式罩体，其底端设置有发射锥，离子液体可通过罩体渗透至发射锥，所述发射锥、电极板分别施加对应的高电势和低电势，所述的电极板组件上设置有与半封闭且绝缘机闸(5)底端相配合的电极板框架、设置在电极板框架上的电极板上设有与发射锥在空间上相对应的电极板孔，使带电离子从电极板孔中释出并产生离子束。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述静电透镜(10)被配置为两个电位不等但直径相同的同轴圆桶电极，上圆筒电极顶部采用绝缘材料制成，且上、下圆筒电极配置的电位极性相反，上圆筒电极顶端配置为设有与电极板空间相对应的孔，不影响离子束的运动轨迹且各圆筒电极之间相互不影响。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，焦点调节装置(11)被配置为有两个焦点调节电极，电极能产生时变电场，并沿着射束路径提供时变的焦点已调节的离子束。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，所述射束扫描板(8)被配置为两个射束扫描电极，从所述的焦点调节装置(11)接受已经调节的离子束，所述扫描电极沿着射束路径提供时变扫描电场，并沿着在垂直于射束路径的扫描方向来回扫描，使离子束发散成时变带状离子束。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，平行透镜(1)被配置为可产生时变扫描磁场的异性磁极，从所述的射束扫描板(8)接收已经发散成带状的离子束，所述的磁性电极产生的时变扫描磁场，并沿着在垂直于射束路径的扫描方向来回扫描，使离子束角度发生偏转平行于射束路径形成平行离子束。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，所述基片载台(6)的底端连杆与步进电机(2)的转子通过方形连接器相连接，在进行表面微加工时，基片被放置在基片载台(6)上，调节步进电机(2)旋转角度，使基片被加工表面的面法线和离子束的轴线之间的夹角改变。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，所述导轨(13)和导轨(14)可分别在X轴(7)、Y轴(9)上运动，产生平行离子束的整个装置可在Z轴(12)上运动。
[0020]本技术方案还提供一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置的使用方法，采用如上所述的一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置，所述方法包括以下步骤：
[0021]S1、加装离子液体：通过取下半封闭且绝缘机闸(5)顶部的连接装置，打开机闸顶盖，完成离子液体的加装，加装后并安装好机闸顶盖；
[0022]S2、调节基片载台角度：通过调节基片载台(6)下方的高进度步进电机(2)的调节器，使得基片载台的法线方向与Y轴(9)形成一定夹角，角度可调范围为0
°
～90
°
；
[0023]S3、待加工表面安装：将适当尺寸的待加工表面(15)固定在基片载台(6)面上，通过调节导轨(13)和导轨(14)使待加工表面(15)与离子束加工装置隔有一定距离；
[0024]S4、产生离子束：通过调节离子源部件(3)的发射锥与电极板之间的电压，使离子
液体离子源产生离子束。当采用阳离子进行微加工时，发射锥为正高压，电极板为零电势，当采用阴离子进行微加工时，电极板为正高压，发射锥为零电势，记录发射锥与电极板之间的电势差U0；
[0025]S5、离子束焦点调节：调节静电透镜(10)的上圆筒电极和下圆筒电极的电位，使入射的离子束汇聚于中心光轴上。当采用阳离子进行微加工时，上圆筒电极为正电位，下圆筒电极为负电位，当采用阴离子进行微加工时与阳离子相反。焦点调节装置(11)可产生时变电场，使经过静电透镜(10)调节的离子束维持在中心光轴方向上，并沿着射束路径提供时变的焦点已调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于包括平行透镜(1)、步进电机(2)、离子液体离子源部件(3)、基座(4)、半封闭且绝缘机闸(5)、基片载台(6)、射束扫描板(8)、静电透镜(10)、焦点调节装置(11)、导轨(13、14)。其中，所述半封闭且绝缘的机闸(5)底部设置有多个固定槽且与离子液体离子源部件(3)相固定，并在离子源部件(3)下方设有电极板组件；其中，所述静电透镜(10)上端与电极板组件下端相接，所述焦点调节装置(12)顶端与静电透镜(10)底端相接；其中，所述射束扫描板(8)和平行透镜(1)被设于同一圆筒腔体内，且平行透镜(1)设于射束扫描板(8)下端；其中，所述基座(4)上设有导轨(13、14)，所述步进电机(2)上设有基片载台(6)。2.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，所述半封闭且绝缘机闸(5)内部设置有离子液体，且半封闭且绝缘机闸(5)顶部可取下机闸顶盖进行加注离子液体。3.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，所述离子液体离子源部件(3)被配置为与半封闭且绝缘机闸内侧壁相配合的一体式罩体，其底端设置有发射锥，离子液体可通过罩体渗透至发射锥，所述发射锥、电极板分别施加对应的高电势和低电势，所述的电极板组件上设置有与机闸(5)底端相配合的电极板框架、设置在电极板框架上的电极板上设有与发射锥在空间上相对应的电极板孔，使带电离子从电极板孔中释出并产生离子束。4.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，静电透镜(10)被配置为两个电位不等但直径相同的两个同轴圆桶电极，上圆筒电极顶部采用绝缘材料制备得到，且上圆筒电极顶端被配置为设有与电极板空间相对应的孔，不影响离子束的运动轨迹且各圆筒电极之间相互不影响。5.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，焦点调节装置(11)被配置为有两个焦点调节电极，电极能产生时变电场，并沿着射束路径提供时变的焦点已调节的离子束。6.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，射束扫描板(8)被配置为两个射束扫描电极，从所述的焦点调节装置(12)接受已经调节的离子束，所述扫描电极沿着射束路径提供时变扫描电场，并沿着在垂直于射束路径的扫描方向来回扫描，使离子束发散成时变带状离子束。7.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，平行透镜(1)被配置为可产生时变扫描磁场的异性磁极，从所述的射束扫描板(8)接收已经发散成带状的离子束，所述的磁性电极产生的时变扫描磁场，并沿着在垂直于射束路径的扫描方向来回扫描，使离子束角度发生偏转平行于于射束路径形成平行离子束。8.根据权利要求1所述一种离子液体离子源对表面进行微加工的装置和方法，其特征在于，所述基片载台(6)的底端连杆与步进电机(2)的转子通过连接器相连接，在进行表面加工时，基片被放置在基片载台(6)上，调...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建玲，蔡林，黄成金，黄新春，魏鹏哲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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