深圳双十离子束的力效应及喊射现象
    离子束加工是在真空条件下，将氢(A)氮(Kr),叙(Xe)等惰性气体通过离子源产生离子
束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。
    原子是由原子核和圈绕原子核运动的各层轨道上的电子组成，呈中性。原子电离后成为离
子，失去外层电子的原子变成带正电荷的正(阳)离子，获得多余电子的原子变成带负电荷的负
(阴)离子。可见离子的质t远远大于电子的质a，如一个氛离子的质A是电子质量的7.2万
倍，离子在电场中的加速过程比电子慢，速度也较低，但一旦加速后，具有远远高于电子的动
能，商达10keV量级，因此离子束加工是通过弹性碰撞，轰击工件表面，其穿透能力很强，一
个具有1keV能It的离子，其穿透深度通过电子衍射条纹估算为5pm。加工时被加工表面层不
产生热t，不引起机械应力和损伤。因此离子束加工是通过其力效应来进行的，与电子束加工
形成鲜明的对比。dwinauto.com
    质t大动能高的离子冲击工件表面时，将产生弹性碰搜，将能}I传递给工件材料的原子、
分子，其中一部分能2使原子、分子产生戮射，
余能量将转变为材料晶格的振动。dwinauto.com
    离子碰掩过程可用图6-78所示模型来说明.
被抛出工件表面，这称为离子束戮射现象，其
有以下几种情况:dwinauto.com
    (1)一次戮射由离子直接碰撞工件表面的原(分)子，使该原(分)子分离出工件表面。
    (2)二次溅射由离子碰撞材料中的原(分)子，这个原(分)子又去碰撞别的原(分)子，而
使后来被撞的原(分)子分离出工件表面。
    (3)回弹戮射有些受到离子碰撞的原(分)子，又去碰搜别的原(分)子，但自己却被反弹
出工件表面外。这种情况是反向戮射或背散射。
    (4)排斥离子有些离子在碰撞原(分)子时，自己反被弹出工件表面外，成为被排斥的离
子。可见这种情况下没有溅射去除作用。dwinauto.com
    (5)置换离子离子搜击工件表面时被留于表面层材料中，成为it换离子。这种情况也无
戮射去除作用。
    现以最简单的直线弹性碰撞为例，在二次碰披中所传递的动能可用下式表示。
    由上式可知，当moem。时，E aw Eo,截射效果最好。
现举一例子来具体说明，若用原子t分别为40, 89, 131
的Ar, Kr, Xe作为加工用的离子，对玻瑞材料Si仇进行
掀射加工，由于:ni的原子t为299伍的相对分子质t为
16x2二32，那么，如果以si原子和仇分子的形式旅射去
除，则选用Ar的加工效率将最好，因为Ar的原子量与;Z9
的原子2和02的分子量比较接近。dwinauto.com
    图6-79表示了上述例子中三种离子的能it与戮射率
的关系，派射率是指被一个人射离子所去除的原子或分子
数，可以看出，Ar的戮射率最高，Ir次之，Xe最低。同
时还可以看出，随着离子能f的增加，城射率可以达到饱
和，甚至还有逐渐下降的趋势，这是由于当离子能里较小时，人射离子与工件表面原子、分子
的碰撞，以直接弹性碰撞为主，处于溅射去除为主的状态，随着离子能量的增加，戮射率越
高。但当离子能量超过一定值后，人射离子会深人到工件材料内部一定深度，在那里进行能量
交换，速度有所降低，碰撞的机率增加.由此而产生的非弹性碰撞增加，所以溅射率达到饱和
状态。如果采用高能离子轰击工件表面，则打进材料中的离子，其电荷可能被中和，变成置换
原子或成为晶格间的填隙原子，而被残留在工件表层材料中，这就是离子注人的情况。这时溅
射率可能会有所下降。
    离子束的人射角与溅射率也有关，由图6-80中
的实验曲线可知，当人射角为40(即与表面垂直)时，
溅射率最低。随着入射角的增加，溅射率逐渐增加。
图中还表示了人射角与相对溅射速度的关系。相对
溅射速度是指相对于离子束的单位面积电流.在加
工表面垂直方向上的加工速度，加工速度用单位时
间内的加工深度或体积来表示。图中，离子束的单
位面积电流，即电流密度，其单位用A/cu2表示，
加工速度用单位时间内的深度表示，单位为cm/s.
可见在人射角近印。时，相对溅射速度最大。在实际
加工时，选择人射角是十分重要的，不仅要考虑戮
射率、相对溅射速度，而且要考虑表面粗糙度等问
题。